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多能互补现状与存在的问题近年来，随着经济生活水平的提高，消费者对供热和制冷的要求越来越高，然而供热和制冷的费用却居高不下，供热和制冷对环境产生的污染问题也日趋严重。为了更好的解决供热和制冷过程中的环境问题，满足节能减排需求，一种新的用能方式多能互补渐成趋势。太阳能作为清洁可再生能源能源，在供热和制冷过程中能更好的满足节能减排需求,但也存在其缺陷：太阳能受地域、天气的等影响较大，不能很好地满足用能需求。因此，要更好的满足消费者24小时用热需求，太阳能与其他能源互补使用已成为一种必然趋势。尤其是随着太阳能应用领域的扩大，太阳能与其他能源互补更是必不可少。一、国外多能互补发展与应用现状欧州可再生能源行动计划规定，到2020年，欧盟27国最终能源消费的47将用于供热和制冷，其中42%是用于住宅领域，这主要是由于多数国家和地区地处温带和寒带气候区，对卫生热水和采暖需求较大，热水和采暖能耗占住宅全部能耗的2/3左右。另外，欧洲可再生能源行动计划也规定，到2020年，21供热和制冷需求将由可再生加热和冷却技术实现，生物质能、热泵（所有）、地热能（所有）、太阳能热利用将各占81%、2%、2%、6%的份额。但是到目前为止，可再生能源供热和制冷技术只占欧洲供热和制冷消耗的12%，欧洲要实现其2020年目标，还有很长的路要走。太阳能与其他能源互补应用是欧洲供热和制冷的有效方式之一。在欧洲，太阳能与其他能源结合使用的较多的是生物质能。丹麦在大型太阳能与生物质联合应用方面取得了丰富的经验，丹麦在1988年到2006年期间建成的所有太阳能供热厂都是同生物质能联合兴建的，这种能源利用方式受到了丹麦政府的大力支持，最好的证明就是所有太阳能与生物质能联合兴建的供热工厂都可以从政府得到补贴。丹麦1998年开始运行的4900平方米的RiskPing项目和2001年开始运行的3575平方米的Rise项目（见图1）都是太阳能与燃木屑锅炉结合使用的项目。另外，瑞典在太阳能与生物质能结合方面经验也较丰富，这从其1989年开始运行的5500平方米的Falkcnberg项目和2000年开始运行的10000平方米的Kunglv项目可以看出，这两个项目都是太阳能与燃木屑锅炉联合供热。图1丹麦Rise太阳能+生物质能区域供热项目太阳能与燃气互补系统是欧洲采暖比较普遍的方式之一。这主要是由于欧洲有长期使用燃气的习惯，并且太阳能与热泵系统受天气影响较大。德国1996年开始运行4300平方米的FricdriehShafen项目是其中比较典型的项目，项目由太阳能与燃气锅炉联合供热。另外，太阳能与热泵相结合系统也是欧洲采暖的方式之一，但应用并不普遍。由于在室外环境温度较低时，采用氟碳类制冷剂的空气源热泵机组的制热性能衰减情况明显，因此家用热泵系统目前主要在法国、德国和意大利安装应用，其他国家和地区的安装数量较少。而安装的家用热泵系统，80%左右的热泵用于采暖或游泳池加热，用于制取卫生热水的机组约为20%。与欧洲情况相似，美国、日本等由于国家成套供应的住宅用热能系统（热水和供暖）越来越多，出现了住宅能源系统的集成化应用和部品化的趋势。多能源组合系统的基本结构方案大致可分为两类。一种是系统联接外置型，管道外露安装，布局比较松散，现场处理比较灵活，这种方案一般在设备间内使用，如地下室等；另一种是系统集中联接型，几乎所有的系统联接部分都安装在一个箱体内，包括循环泵、阀件等，包含控制系统和蓄热水箱，布局紧凑，外形美观，现场施工量少，是目前欧洲市场的主流产品。其中，嵌入式产品可以整体嵌入墙内，不占室内面积，在面积较小的住宅中应用优势明显。多能源组合系统具备了供应住宅内全部热能需求的功能。与多种末端协调运行是各企业重点解决的技术问题。在欧洲，生产家用暖通设备的大企业基本都已开发出具有各自技术特色的住宅能源整体解决方案。德国菲斯曼（Viessmann）公司生产的Vitocal200-S分体式空气源热泵按照系统集成要求设计的，不仅具备常规空气源热泵的功能，还具备与其他热源装置（如太阳能集热器和燃气锅炉等）联动的物理接口和逻辑接口。该产品不仅能够应对热源装置联动造成的运行参数变化，更重要的是具备完善的保护措施，可以隔离其他热源装置运行状态异常时产生的不良影响。美国可持续设计和产品管理公司（SDPM）制造的气候和谐系统在众多的多能源集成系统中也具有一定代表性。这是一种模块化的多能源集成住宅热水系统，具有灵活满足不同需求的快装式模块。其中，以燃气采暖锅炉为核心的热源模块可以根据用户需求，具备多种功能，配备的标准接口可以方便地与空气源热泵、太阳能集热器连接。二、我国多能互补发展与应用现状由于我国的太阳能热水器最开始是在农村使用，市场也主要是在农村，主要用途是用于供热水。与太阳能热水系统互补使用的其他能源主要是电能。但是，近几年来，随着太阳能热利用技术进步，太阳能供热系统开始走进城市，并且随着太阳能应用领域工农业扩展以及南方采暖需求的日益加强，单独使用太阳能已不能满足用热需求，太阳能与热泵、燃气、电、生物质能等能源互补使用也日益普遍。一些大的太阳能热利用行业除在太阳能热利用产品方面保持稳定的投入外，在空气源热泵、燃气锅炉等辅助系统方面也投入了较大精力，如太阳雨、桑乐、四季沐歌、清华阳光等都专门成立空气源热泵研究部门，并有空气源热泵产品生产；桑普生产的燃气锅炉产品不仅能单独使用，还能与太阳能热水系统联合起来使用，而皇明、力诺瑞特、华扬、万和则都有专门的多能互补系统生产或者多能互补解决方案。一些配套企业，也都有多能互补相关产品生产，如迈能高科多能源集成搪瓷储热水箱、创意博、杰奥生产的控制系统，都适用于多能互补，而无锡新能源科技有限公司的太阳能循环泵站则为多能互补产品的生产提供了设计思路。1. 国内企业多能互补系统及解决方案皇明：3G多能源融合采暖解决方案皇明作为太阳能热利用行业的领军企业，实施了不少太阳能与其他能源相结合的工程案例，其毛主席纪念堂工程是迄今为止国内最大的U型管太阳能热水项目。该项目由U型管太阳能集热器、管路系统、换热系统、水箱系统、水处理系统、远程控制系统、变频给水系统、防过热系统和电锅炉辅助加热系统组成。该太阳能热水工程每天生产热水15吨，采用了3个水箱，并依次进行加热，阳光不足时，只需加热5吨水箱的水就可满足用水需求，从而大大节约了电能。另外，皇明还实施了一些太阳能与沼气相结合的工程项目。在多能互补方案方面，皇明推出了3G多能源融合采暖解决方案，该方案由太阳能分体系统、燃气热水器、室内机、影屏等组成。承压式太阳能采暖系统主要采用承压集热器及承压水箱组成太阳能集热系统，太阳能集热系统集存太阳能热量，然后将热量传递到采暖末端进行采暖，太阳能不足时使用辅助能源配合进行采暖。该系统可提供35C95C的热能，且整个系统都是由控制系统智能控制。力诺瑞特：太阳能热泵空气能热泵一机多能能源中心为了解决南方特别是长江流域七省二市的冬季采暖问题，近日，力诺瑞特与上海交通大学在上海联合发布了一款“太阳能热泵空气能热泵一机多能能源中心”产品。由于采用了双核换热和Smart智能微感换热技术，“一机多能能源中心”不仅可一年四季提供45C以上的生活热水、在夏季满足空调制冷的需求，还可以在零下5C以上的气候条件下，高效制取35C的热水，实现室内18C至22C的采暖。双核换热技术是使用两套换热装置，在冷热水换热上可以根据需求交替，一机多能具备5种工作模式，提供24小时不间断热源，满足了对室内冬季采暖、夏季空调制冷、一年四季可给生活热水水箱加热等多种情况下的稳定换热。而Smart智能微感换热技术，则是采用立体式换热末端，将主动换热与被动的对流换热相结合，通过适当增大换热面积实现了小温差、低流量、低噪音下的稳定散热，同时最大限度利用热源，告别“强吹风”式的采暖弊端，换热均匀，使得空气清新不干燥，大大增加了住宅的舒适性。据悉，这种热泵能源中心与燃气类产品相比，节能率在20%以上，一家一户一套6匹机系统就可以保证节能、舒适的需求。华扬：“AS地暖”系统为应对新市场的供暖需求，华扬推出了新型三联一体节能解决方案“A.S地暖”系统，核心在于其合理采用空气能、太阳能辅助系统运行，一体实现供暖、制冷、热水三大需求，同时大大降低了能耗成本。“AS地暖”系统以“夏天中央空调制冷、冬天低温均衡供暖、四季全天候中央生活热水”为功能诉求，集“安全、节能、高效、智能”为一体，采用空气能、太阳能有机融合技术，系统以太阳能热利用优先为用能原则，确保最大限度利用免费的绿色能源。同时，“AS地暖”系统具备中央空调制冷特点，夏天采暖模块关闭，制冷模块开启。空调末端有明暗装悬吊式、壁挂式、立柜式、落地式等多种可选产品，满足各种建筑空间的需要，可实现分室控温功能。24小时全天候热水供应，且多点覆盖，亦解决了家庭环境内热水需求，既经济环保又节省运行费用。万和：多能互补太阳能热泵供热系统万和是我国太阳能热利用行业在多能互补做得较好的企业。万和将太阳能热水单元、热泵热水单元与燃气热水单元组合的供热水系统集成化，开发出多能互补太阳能热泵供热系统，如：燃气+太阳能、燃气+热泵、太阳能+热泵、太阳能+热泵+燃气等新能源集中供热系统。万和通过研究多能源互补技术、能源梯级利用技术、低温高效供热技术，利用中央智能控制系统，实现太阳能热水单元、热泵热水单元和燃气辅助加热装置的协同优化控制。万和的太阳能热泵供热系统可单独启动这三种单元，或将其中两种单元、三种单元同时启动，优先利用太阳能、环境热源，以燃气为补充能源，实现节能、环保、健康、可持续供应热水，解决了单一能源产品在家庭热水供应中的使用局限，实现各种能源产品的优势互补，最大限度地减少传统能源的消耗，满足高品质的生活热水需求。同时，系统可全面满足消费者任何时间,任何地域的更节能的沐浴和供热需求。用户可根据户型特点及家庭人口数量、地域、气候特点等因素，选择相应的产品组合，可以最大限度地利用太阳能、空气能等清洁能源。图2为万和太阳能空气源热泵一体机（燃气辅助加热）系列产品。图2万和太阳能空气源热泵一体机（燃气辅助加热）系列产品天普：太阳能制冷采暖热水蓄能综合解决方案为了能更好地应用太阳能，实现太阳能的全年高效应用并降低综合运营成本，天普集团开发了太阳能制冷采暖热水蓄能综合解决方案。该方案让用户夏季使用太阳能制冷，冬季使用太阳能采暖，四季使用太阳能热水洗浴，多余热量储存起来以供阴雨天气及冬季采暖使用，这样的综合解决方案为客户解决了太阳能与用户使用不匹配的矛盾，是解决用户综合需求的优化方案。使用该方案采暖，室内温度可达1825C，制冷温度可为1618C，热水温度可达4580C。并且整个系统集成设计，搭配辅助能源，通过专业软件分析，设计人性化，同时整个系统智能化控制，全数据显示，分户计量，信息准确，有利于整个系统的高效运行。其他：空气源热泵+太阳能热利用系统+低温热水地面辐射供暖系统空气源热泵+太阳能热利用系统+低温热水地面辐射供暖系统是由北京市建设工程物资协会建筑采暖分会组织大专院校、科研设计单位、企业等11家单位共同承担，历时2年完成，是住建部的科技计划项目。这种新型组合系统中的低温热水地面辐射供暖，与散热器必须输入高温热水的情况不同。假如末端采用预制沟槽薄型水地暖系统，输送热水的温度只需35C即可。整个系统将空气源热泵锁定在最佳工作状态，即提供50C以下的热水，与高效地暖装置组合，从而优化组合成新的建筑采暖系统，即低温空气源热泵与高效地暖组合式建筑采暖系统。如今，该系统已在北京、河北秦皇岛、山东青岛、上海、重庆和长沙等地的住宅、小型公共建筑项目中进行了重点测试。通过对住宅建筑不同供热方式模拟计算及测试结果显示，不同供热方式的一次能源消耗量排序如下：燃煤热电联产供热方式低温空气源热泵供热方式燃气壁挂炉大型燃煤锅炉供热方式区域燃煤锅炉供热方式直接电采暖供热方式。结合在华北地区北部课题示范项目测试结果，项目组的研究得出，凡达到50%节能设计标准的建筑，冬季采暖+生活热水使用空气源热泵+太阳能的运行费用为每平方米14元16元，使用空气源热泵的为每平方米18元20元。2. 多能互补集成配套产品随着多能互补趋势的不断加强，一些集成配套产品也逐渐出现在市场上，目前，有些集成配套产品可以直接应用于多能互补方案中，但有些集成配套产品只能为多能互补集成产品研发提供设计思路。迈能高科：多能源集成搪瓷储热水箱迈能高科作为搪瓷内胆水箱生产企业，同时也是“趋势设定者”，早早就抓住了多能互补发展趋势，研制出了GMO多能源集成搪瓷储热水箱系列产品。GMO多能源搪瓷储热水箱将太阳能、空气能、天然气、电等多种能源方式组合使用，拥有太阳能、燃气互补即热系统，空气能、燃气互补即热系统，太阳能、空气能、燃气多能源互补即热系统等几大多能源互补集成系统。威逊：太阳能泵站无锡威逊新能源科技有限公司（以下简称“威逊”）针对阳台壁挂太阳能热水器使用过程中循环效果不理想的情况研发了太阳能泵站。该泵站主要用于太阳能一次集热循环系统，有利于实现太阳能储热水箱温度的控制。循环泵站集多种功能原件为一体，同时起到安全、注/泄循环介质，温度/压力检测的作用，循环管道含供水连接管道和回水连接管道两路。目前。威逊生产的太阳能泵站主要供给太阳雨、桑普、五星、伯恩、华昇隆等。虽然，目前威逊太阳能泵站不适宜多能互补应用，但这为我国多能互补应用在配套产品设计方面提供了思路。创意博、杰奥：控制系统多能互补作为未来的能源发展趋势，对整个方案的精确控制必不可少。随着太阳能热利用行业的发展，太阳能控制系统技术也日渐进步，目前不少太阳能热水工程项目中都应用了太阳能热水工程控制系统。在太阳能热利用行业比较杰出的控制系统生产者有创意博和杰奥。创意博立志于做“太阳能工程控制器的领航者”，目前生产太阳能控制系统，并提供系统集成技术综合解决方案，并进行数据中心远程监管与在线维护。而杰奥则生产除了基于Wi-Fi物联网的远程监控系统，可以对整个系统进行远程监控。三、我国多能互补目前存在的问题我国多能互补目前处于起步阶段，在发展过程中主要存在以下问题：1. 在认识上存在误区。有太阳能热利用工程设计人员指出，所谓的互补和节能，不是一定要保证太阳能达到多少比率，而是整个系统的合理性设计，能源的充分利用。而我们国家很多系统都要求太阳能贡献率达到70%以上才算节能，这是不科学的。欧洲的一些太阳能与其他能源互补项目，很多项目太阳能保证率都没有达到70%,如前文提到的德国Friedrichshafen项目太阳能保证率只有47%。2. 能源搭配不合理。如太阳能与空气源热泵互补系统，通常情况下，都是太阳能作为主要热源，空气源热泵作为辅助热源，但是在一些大的工程项目中，很多设计人员利用招标方不懂太阳能热利用这一点，在安装中变成了以空气源热泵作为主要热源，太阳能做为辅助能源。虽然用户最终能用到热水，但是在经济效益和节能效益方面大打折扣。虽然市场上空气源热泵系统的价格比太阳能热水系统价格要昂贵一些，但是在实际工程项目中，工程量越大，空气源热泵系统越便宜，因此，很多安装方就大量安装空气源热泵系统。但是用户在使用过程中的费用比原来设计的费用要高很多。3. 系统使用效率不高。如太阳能与电辅助加热系统，很多太阳能与电辅助加热系统太阳能的使用效率都不高，更多的是用电进行辅助加热。而太阳能与热泵、燃气、生物质能等相结合使用系统也存在相同的问题。随着供热和制冷需求的进一步扩大，多能互补成为未来用能的趋势之一。我国目前发展太阳能与其他能源互补使用虽然存在一定问题，但是我们相信，只要我们牢牢把握好这一趋势，并为之不断努力，未来太阳能与其他能源互补必将发展的更好，进一步为我国的节能减排做出贡献。
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