【暖通学院】太阳能采暖、 制冷、 热水三联供系统分析

随着社会经济的发展，能源与环境问题已成为制约世界经济发展的“瓶颈” 。目前， 我国在建筑釆暖、 空调制冷、 发电、 热水供应等行业应用方面， 还停留在煤改电、 煤改气等能源结构单一利用阶段。我国是一个能源紧缺的国家，应用清洁的可再生能源达到节能减排的效果已刻不容缓。太阳能采暖、 制冷、 热水三联供系统的建设和推广可以有效改变我国清洁能源利用率低、环境污染严重、 常规能源紧缺等问题。具有良好的经济和生态效益。

01原理

太阳能采暖、 制冷、 热水三联供 （以下简称 “三联供” ） 系统是指通过太阳能集热系统把太阳能转换成热能并储存在储能装置内， 然后通过管网输送到采暖末端、 制冷末端、 热水末端（如散热器、 地板辐射、 辐射吊顶、 风机盘管、 淋浴器、 洗手台等） ， 为建筑提供冬季采暖、夏季制冷、 全年热水的功能。三联供系统工作原理如图 1 所示。

02 三联供系统优点

三联供系统分为太阳能采暖循环系统、 制冷循环系统、 热水循环系统。

（1）三联供系统是一项环保工程。它与普通的单一采暖、 制冷、 热水方式不同的是热源不同， 即普通采暖是燃煤、 电、 油、 气等， 而三联供系统是利用无污染的太阳能和空气热能等可再生能源。

（2）太阳能系统经济效益显著。三联供系统一般 3-5 年即可收回投资成本， 而它的使用寿命一般在 20 年左右， 所以经济效益十分显著。

（3）节能减排。三联供系统可以实现冬季采暖、夏季制冷及生活热水， 并且每一个子系统以模块化组合可以实现独立运行， 根据不同时期的需求进行科学合理的调节， 也可以联机运行。 全自动化控制并实现远程监控， 用户通过手机应用程序可直接对各个系统进行切换调节， 实现资源最大化利用。

（4）三联供系统各个子系统通过换热器的形式连接，系统之间循环介质不直接接触， 保证水质循环的清洁， 减少了污染。整个系统具有能效利用合理、 损耗小、 污染少、 运行灵活、 系统经济性好等特点。

（5）当太阳能不能满足系统能源消耗的需求时开启辅助能源。辅助能源根据地区实际情况的不同， 实地考察配备不同类型。例如热泵辅助、 电锅炉辅助、 燃气辅助等多能互补实现能源的综合利用。

（6）三联供系统是一种建立在能源梯级利用概念基础上，以太阳能为主要能源， 统筹结合满足冬季供暖、夏季制冷、 全年热水需求的解决方案。系统以靠近用户、 梯级利用、 一次能源利用效率高、环保友好、 能源供应安全可靠等优势， 适用于大型建筑， 如学校、 酒店、 别墅、 办公室、 医院、 加油站、工厂、 养殖温室等， 受到广大用户的广泛关注与青睐。

03 三联供系统主要部件3.1 集热器

集热器作为太阳能热利用的一个组成部分，其类型主要包括四种： 空气式储能太阳能集热器、 平板型太阳能集热器、 全玻璃真空管太阳能集热器、 U 型管太阳能集热器。其中， 空气式储能太阳能集热器作为一种以空气为介质的太阳能集热器， 具有升温速度快， 便于维护， 成本较低， 泄露不影响系统工作， 无需防冻、 防腐和具有寿命长等优点， 且易达到与建筑的结合； 平板集热器结构简单， 抗压、 抗外力冲击力强， 故障率低， 但保温与热性能不如真空管集热器， 且要考虑防冻、 泄露、 结垢与腐蚀等问题； 真空管及 U 型管集热器换热效率比较高， 但是冬季需要考虑防冻、夏季过热、 结垢与腐蚀问题。

3.2 储能装置

储能装置主要是用来储存集热器吸收的热能并作为中转站将热能以热水的形式输送到采暖、 制冷、 生活热水系统末端。储能装置体积小、 重量轻。具有优越的蓄热、 绝热性能， 良好的热传导性能； 稳定的蓄放热性能， 长期使用无衰减、 无污染。

3.3 辅助能源

辅助能源种类： 燃油锅炉、 燃气炉、 生物质锅炉、 燃煤锅炉、 电加热、 （水箱内置电加热或外置电加热器） 、 热泵。

燃煤锅炉启停时间长， 出力调整较困难， 较难实现自控或无人职守， 且污染环境。燃油、 燃气锅炉控制方便， 便于调节， 可方便实现自控运行， 但设备间需要满足消防要求， 并且燃料费用较高。热泵使用费用低， 控制方便，但设备初投资高，此外在北方地区采用普通空气源热泵在冬季使用能效比较低。电加热设备易安装，控制方便，是太阳能热水系统最常用的辅助热源， 但运行费用较高， 有时因需电力增容会提高系统投资。综上所述， 在选择辅助热源时，要综合考虑各项因素。

3.4 管路

三联供系统采用的管材和管件应符合现行业产品要求， 管道的工作压力和工作温度不得大于产品标准制定的允许工作压力和工作温度。太阳能集热系统管道可采用钢管、 薄壁不锈钢、 塑钢热水管、 塑料与金属复合管等。以乙二醇为主要成分的防冻液系统不宜采用镀锌钢管。热水管道应选用耐腐蚀并符合卫生要求的管道， 一般可采用薄壁铜管、 薄壁不锈钢、 塑料热水管、 塑料与金属复合管等。设计时， 应在系统管路必要位置设置排气装置、 泄水装置、 温度计、 压力表、 安全阀、 膨胀水箱等辅助设备。闭式系统应设置膨胀罐或泄压阀。

3.5 管路保温

三联供系统的集热系统连接管道、 水箱、供水管道均应保温。常用的保温材料有岩棉、 玻璃棉、 聚氨酯发泡、 橡塑泡棉等材料。管道保温材料选用要求：

1）保温材料制品的允许使用温度应高于太阳能系统工作的介质最高温度；

 2）保温材料不宜采用有机物， 以免生虫， 腐烂、 生菌、 引鼠；

 3）宜采用吸湿性小、 存水性弱、 对管壁无腐蚀作用的材料， 室外管道保温层外应加保护层防水； 4）保温材料应采用非燃和难燃材料。 应符合 GB50016 《建筑设计防火规范》的要求； 电加热器的保温必须采用非燃材料。

3.6 供热末端

太阳能系统效率与集热器种类和工质的工作温度密切相关， 太阳能联供系统的散热部件按以下原则选用：

1）太阳能供热采暖系统应优先选用低温辐射供暖系统或风机盘管； 2）水 - 空气处理设备和散热器系统宜使用在 60~80℃ 工作温度下效率较高的太阳能集热器， 如太阳能空气集热器、 高效平板太阳能集热器或热管真空管太阳能集热器。该系统适合夏热冬冷或温和地区。

3.7 制冷末端

制冷末端主要以节能、 安静、 舒适、美观为原则， 主要有辐射吊顶， 风机盘管等设备。

3.8 控制系统

控制系统应采用智能传感技术， 实现无人值守， 全自动化控制， 可远程监控。04 太阳能采暖系统工作原理太阳能采暖系统是以太阳能作为供暖系统的热源， 将分散的太阳能通过集热器转换成热能， 供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。系统主要由太阳能集热器、 换热储热装置、 控制系统、 其他辅助加热 / 换热设备、泵或风机、 连接管道和末端供热采暖系统等构成。

太阳能采暖系统工作原理如图 2 所示。

在冬季， 先将太阳能集热器加热的热水进入储能装置， 当热水温度达到一定值时， 从储能装置直接向地暖盘管或风机盘管提供热水， 以达到供热采暖的目的。当太阳能不足时， 也可由辅助能源补充热量。05 太阳能吸收式制冷机的工作原理太阳能光热转换制冷， 首先是将太阳能转换成热能， 再利用热能作为外界补偿来实现制冷目的。 光 - 热转换实现制冷主要从以下几个方面进行，即太阳能吸收式制冷、 太阳能吸附式制冷、 太阳能除湿制冷、 太阳能蒸汽压缩式制冷和太阳能蒸汽喷射式制冷。

在夏季， 被太阳能集热器加热的热水首先进入储能装置， 当热水温度达到一定值时， 由储能装置向吸收式制冷机提供热媒水， 热媒水驱动吸收式制冷机运行制冷循环。在吸收式制冷机发生器中因热能被吸收而降温的低温热媒水流回储能装置，经由太阳能集热器再次加热成高温热媒水；同时吸收式制冷机运行制冷循环产生的冷媒水进入空调末端， 实现了空调制冷的目的。当太阳能不足时， 可由辅助能源补充热量。太阳能制冷系统工作原理如图 3 所示。

根据太阳能热水输出热水温度高低， 机组运行分为太阳能热水单独驱动和太阳能热水 + 燃气补燃驱动两种模式。06 太阳能热水系统的工作原理太阳能热水系统是利用太阳能集热器， 收集太阳辐射能把水加热的一种装置， 是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、 技术最成熟且已商业化的一项应用产品。太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为： 自然循环式太阳能热水系统、 强制循环式太阳能热水系统、 直流式太阳能热水系统三种。

太阳能热水系统由太阳能集热器、 管道循环系统、 贮水箱、 自动控制系统和辅助加热系统五部分组成。太阳能热水系统工作原理如图 4 所示。

近年来，随着我国国民经济的迅猛发展以及人民生活水平的不断提高， 对采暖、 空调、 热水的需求越来越大， 太阳能热利用技术进步加快， 应用市场也发生了新的变化， 城镇建筑、工农业应用工程市场快速发展。技术结构从以提供生活热水为主向采暖、 制冷、 热水系统集成技术发展， 这为我国太阳能热利用前景发展提供了广阔的市场空间。太阳能作为一种可再生的清洁能源具有其它能源无可比拟的优势。并且全年太阳能的供给与建筑物采暖、 制冷、 热水的需求有较好的一致性。07 总结传统太阳能只是提供采暖或生活热水， 但是解决不了制冷等问题。汉诺威经过多年研发与应用， 把太阳能、储能装置、 全智能化控制等集成一个采暖、 制冷、 热水三联供系统， 系统故障率低， 经济效益高， 形成一个整体解决方案。实现了零排放、 低能耗、 无污染的运行方式， 符合国家节能减排政策，是值得进一步研究和推广的系统。汉诺威将太阳能采暖、 制冷、 热水进行多元化系统集成， 这对于太阳能热利用行业来说是一种跨界技术创新与整合， 将推动整个太阳能热利用行业脱离热水利用的初级阶段， 向全方位能源应用的可持续发展方向迈进。

内容来源：《中国太阳能产业资讯》