多能互补集中供热系统的选型及应用

马娟 董娟

摘要：近年来我国的建筑规模呈现出迅猛上涨的趋势，而伴随着建筑规模的上涨导致能源消耗的速度也随之增加。现有的市政热网供热能力已经满足不了建筑供热的需求了，所以基于供热能力有限的条件，本文分析了多能互补的集中供热系统。互补集热热量主要是来源于太阳能和空气，通过太阳能热泵技术、集热技术以及市政热网这三方使其形成能量互补关系，从而解决当前存在的市政热网供热能力不足的问题。

Abstract： In recent years， the scale of construction in China has shown a rapid upward trend， and the speed of energy consumption has also increased with the increase in the scale of construction. The existing municipal heating network heating capacity can not meet the needs of building heating， so based on the limited heating capacity， this paper analyzes the multi-energy complementary central heating system. The complementary collector heat is mainly derived from solar energy and air. The solar heat pump technology， heat collecting technology and municipal heat network form a complementary energy relationship， thus solving the problem of insufficient heating capacity of the existing municipal heat network.

關键词：多能互补;供热系统;太阳能集热系统

Key words： multi-energy complementary;heating system;solar collector system

中图分类号：TU995                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）30-0202-02

0  引言

近年来我国的城镇化的发展，促使当前的建筑数量以及建筑规模均发生了不断地上升，但是大规模的建筑一方面增加了能源的消耗，另一方面还导致环境污染问题愈加的严重。一方面，现在国家的城镇化进程不断加快，用热需求也进一步增加。另一方面目前供暖需求以及供暖现状的矛盾、化石能源枯竭与可再生能源稳定性之间的矛盾、环境保护与大气污染的矛盾等众多问题对于供暖产生了严重的影响。为了可以有效的减少碳排放量，保护生态环境，当前国家已经开始从政策、技术等方面大力推广低碳环保。通过市政热网为基础，以工业余热、热电联产作为基础负荷，并将可再生能源加入其中作为补充，可使城市热网的供热能力得到进一步增大。

1  多能互补集中供热系统的选型

不同地域、不同需求、不同余热类型使得不同地区选择互补能源的型式就不同，这里主要介绍两种多能互补集中供热系统的选型原则，并分析各自的数学模型，以便于选型参考。

1.1 不同热源设计负荷配比的多能互补集中供热系统

1.1.1 选择热源设备的原则

通过多种热源共同作用，相互配合地承担热用户总热负荷需求，这种方式就是多能互补集中供热方式。在供暖期，实际用热量是非常大的，但是这种环境持续的时间会比较短，到了非供暖期用热需求就会变小，所以相关设备的选择如果是根据总设计热负荷来进行的话，那么大部分的时候设备都是处于低负荷的运行状态，这样将会导致系统初始投资上涨，并且还会致使系统设备匹配不合理，而热源设备的运行环境和运行质量也会发生不同程度的下降。因此，为了设备在高负荷的环境下也可以正常平稳的运行，在设备选型时，一定要根据高峰负荷的百分比来进行各热源设备的选择。

多能互补集中供热系统的热量来源非常的多，其中主要有：市政热源、双热源热泵热源、太阳能集热器热源等等，但是由于其中的太阳能集热器热源会被天气因素所影响，所以，在对于热源设备选型的时候，考虑使用双热源热泵以及太阳能集热系统来充当热源[1]。

1.1.2 多能互补系统在不同保证率下的配比

以双热源热泵所承担的热负荷量为依据开展系统配置的分析，此时的太阳能集热器与双热源热泵系统承担的供热负荷比例不同，而总系统在环境与经济上的效益也会存在着不同。因此，不同的负荷分配比例下的热源系统配比问题需要加以确定。表1所示的是双热源热泵承担总建筑设计热负荷的系统的运行效果、经济性及节能效果，分别是65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%的条件，可据此作一定参考[2]。

1.2 多能互补系统设备选型

1.2.1 太阳能集热系统设备选型

在设计太阳能集热系统的时候，由于太阳能会受到气象条件的影响，并且影响会相对较大，所以在多能互补集中供热系统中，将太阳能作为辅助热源，因为太阳能集热系统属于清洁能源，并且在运行的过程中，雙热源热泵水源侧仍旧需要与太阳能集热系统联合开展运行，因此，要想实现充分利用太阳能集热器提取热量的目标，那么在对于太阳能集热系统的负荷进行设计的时候，需要与双热源热泵系统的设计负荷保持一致，并以此来开展太阳能集热器系统设备的选型[3]。

1.2.2 水-空气双热源热泵系统设备选型

这种设备具有良好的适应性，并且在安装方面具有灵活快捷的特点，所以近年来在工程实践中得到了广泛的应用[4]。而双热源热泵的特点在于内部会集成水源蒸发器以及空气源蒸发器，而热泵机组控制系统主要是通过微电脑程序来实施的，然后在运行过程中，采用两种热源模式交替运行的方式进行系统的完整流程。在外观上以及供热系统的设计应用上，水-空气源双热源热泵与纯空气源热泵设备都非常的相似。

2  多能互补集中供热系统的应用

2.1 供热系统应用简介

系统是由太阳能集热系统、双热源热泵机组系统、集中供热管网系统组成的。其中，双热源热泵机组系统的热量来源是从太阳能集热系统中的蓄热水箱中进行热量的提取，然后通过将热量加热成热水才可以使用，设备主要为水-空气双热源复合热泵机组，这种机器具有空气源蒸发器、水源蒸发器。热泵既能够利用集热系统中的蓄热水充当热源，还可以利用环境空气作为热源;而集中供热管网系统的热源是来源于市政一次网高温热水，在市政一次网内的热水会首先通过换热站实施换热，然后经过二次管网，热水在到达供热末端的时候才可以使用;太阳能集热系统使通过太阳能集热器来加热热水，然后会储存在系统的蓄热水箱内，温度到达一定程度时，也会传递给供热末端。而如果热水温度相对较低，则可以利用双热源热泵的水源侧从蓄热水箱中提取热量，以此来达到能量梯级利用的目的[5]。

2.2 多能互补集中供热系统的运行模式

2.2.1 太阳能运行过程中的直接供热模式

蓄热水箱内的热水温度在日照量可观时就可以达到设定的温度，这表示末端设备能够从蓄热水箱中提取热量，并且在温度到达设置值之后，系统将会自动的切换运行模式，并且是太阳能供热模式，而多能互补集中供热系统基于此模式，此时阀门a、b开启，水泵A、B运行，其余的则全部表示为关闭，在关闭之后双热源热泵将会停止运行，此时的集中供热换热站也会停止继续进行换热[6]。太阳能直接供热模式的原理图如图1所示。

2.2.2 双热源-空气源热泵的供热模式

加热蓄热水箱内的水温如果在日照量较弱时，水温将会不具有供热条件，但如果空气温度较高的话，那么将会自动的切换为双热源-空气源热泵供热模式。此时，水泵A开始运行，a、b、c、d、h、k则是关闭的，阀门e、f、g被开启，双热源热泵蒸发器的运行主要是在空气源侧进行的，而蒸发器在空气中进行热量的提取然后将其供应给热用户。

随着当前建筑物数量的增长，传统的市政热网供热能力不能满足实际需求，所以本文提出的典型多能互补集中供热系统，通过将空气、太阳能等清洁能源作为热量来源的补充，解决当前存在的问题，可以起到良好的效果，如果能推广开，将会从节能、环保多角度实现能量的优化利用。

参考文献：

[1]吕坤，彭曾根.双热源热泵制热水与供暖性能诊断[J].建筑节能，2009.

[2]羡晓东.多能互补集中供热系统应用研究[D].河北：河北科技大学，2018.

[3]张书华，付林.优先利用分布式能源及工业余热的多能互补供热模式[J].分布式能源，2018，3（1）：64-68.

[4]河北先发声.呼吁采用推广“太阳能+多能互补”采暖模式[J].中国太阳能工程，2018，000（001）：15.

[5]颜丽娟，马坤茹，羡晓东.一种清洁能源与市政热网互补的供热系统设计及模拟研究[J].河北工业科技，2019，36（3）：183-188.

[6]张伊甸，许佳欢，吴科.太阳能与热电联产互补的供热系统的研究[J].科技风，2015（12）：27.