太阳能热利用技术与绿色建筑能源系统

太阳能热利用技术与太阳能热利用技术与绿色建筑能源系统绿色建筑能源系统2第一部分 太阳能热利用技术3国内太阳能热水器企业情况国内太阳能热水器企业情况_年全国太阳能集热器总使用量8000万m2,年生产能力1500万m2,行业总产值已愈个亿，产业链比较完整,国际上影响大;_年-1.5亿m2,是2005的2倍;_-3亿m2,年替代能源量达到6000万吨标煤;_-5亿m2也有可能太阳能建筑一体化;太阳能热水到采暖的跨越;太阳能采暖到太阳能空调的跨越!4规模化太阳能热利用重要领域规模化太阳能热利用重要领域一、太阳能与建筑节能一、太阳能与建筑节能1.1.太阳能建筑一体化与采暖太阳能建筑一体化与采暖2.2.太阳能空调太阳能空调的技术与产业突破3.3.太阳能热泵太阳能热泵二、太阳能与工业加热二、太阳能与工业加热太阳能中温集热器太阳能中温集热器太阳能中温集热器太阳能中温集热器与工业节能工业节能三、太阳能贮能三、太阳能贮能四、其他：四、其他：太阳能光伏驱动直流空调；太阳能海水淡化；光伏驱动直流空调；太阳能海水淡化；太阳能温室与养殖。太阳能温室与养殖。5充分有效利用太阳能，则可能实现充分有效利用太阳能，则可能实现全年综合利用全年综合利用供热、空调、通风等供热、空调、通风等供热、空调、通风等供热、空调、通风等建筑能耗比例建筑能耗比例居住建筑能耗结构居住建筑能耗结构一、太阳能热利用与建筑节能一、太阳能热利用与建筑节能80%的建筑供能！的建筑供能！6建筑结合太阳能热利用发展进程建筑结合太阳能热利用发展进程建筑结合太阳能热利用建筑结合太阳能热利用热水热水采暖采暖空调制冷空调制冷综合利用综合利用现阶段水平现阶段水平示范应用示范应用太阳能建筑利用目标太阳能建筑利用目标1 太阳能热水2 太阳能采暖3 太阳能空调4 太阳能全年综合利用71.1 1.1 太阳能建筑一体化与产暖太阳能建筑一体化与产暖集热器与建筑结合太阳能利用器件集热器与建筑结合太阳能利用器件建材化建材化集热器与建筑不同寿命太阳能集热器集热器与建筑不同寿命太阳能集热器模块化模块化城市地区、高层建筑中的系统应用城市地区、高层建筑中的系统应用技术升级，技术升级，多样化多样化8太阳能建筑一体化与采暖太阳能建筑一体化与采暖目前主要有两条技术路线太阳能热水集热器热水集热器为主的热水采暖热水采暖太阳能空气集热器空气集热器为主的热风采暖热风采暖热水采暖热水采暖已经示范应用，主要应解决与热网结合或长周期、高密度蓄热长周期、高密度蓄热热风采暖具有抗冻好，成本低等热风采暖具有抗冻好，成本低等优势，问题是：蓄热调节性弱，需与建筑热容、蓄蓄热调节性弱，需与建筑热容、蓄热热等密切结合；缺乏规模示范应用。新农村建设重要性改善经济性、可靠性，提高太阳能采暖系统保证率是规模化太阳能采暖应用的关键！9要充分重视太阳能空气集热器要充分重视太阳能空气集热器工作原理：以空气为集热工质的太阳能集热器工作原理：以空气为集热工质的太阳能集热器集热温度：集热温度：90特点：成本是太阳能热水器特点：成本是太阳能热水器1/51/3；工作可靠；工作可靠；无泄漏；无腐蚀；易于模块化、构件化；无泄漏；无腐蚀；易于模块化、构件化；应用场合：太阳能采暖，干燥，除湿空调。；应用场合：太阳能采暖，干燥，除湿空调。；是推广太阳能采暖的关键部件。是推广太阳能采暖的关键部件。太阳能粮食就仓干燥太阳能粮食就仓干燥太阳能采暖太阳能采暖太阳能平板空气集热器太阳能平板空气集热器太阳能采暖墙面太阳能采暖墙面上海交大提出并深入研究了低成本太阳能空气集热器技术，成功用于粮食就仓干燥，农上海交大提出并深入研究了低成本太阳能空气集热器技术，成功用于粮食就仓干燥，农村住宅冬季采暖，营房的太阳能采暖，太阳能除湿空调等等，初步取得良好效果，有望村住宅冬季采暖，营房的太阳能采暖，太阳能除湿空调等等，初步取得良好效果，有望进一步突破应用。进一步突破应用。效率比相同集热温度热水器效率比相同集热温度热水器略高！略高！101.2 1.2 太阳能空调技术与产业突破太阳能空调技术与产业突破用用于于冬冬季季采采暖暖的的集集热热器器夏夏季季热热量量过过剩剩，存存在在过过热热影影响响系系统统安安全全和和集集热热器寿命。器寿命。集热器过热汽化集热器过热汽化集热器过热汽化集热器过热汽化21345678吸附式（6090）固体除湿空调（5090）吸收式（88150）溶液除湿空调（5090）太阳能热驱动空调技术太阳能热驱动空调技术11集热温度集热温度6090150？1。如何利用。如何利用60热能空调制冷？热能空调制冷？目前技术目前技术2。如何适应建筑结合集热器。如何适应建筑结合集热器实现机组小型化？实现机组小型化？出路：出路：技术突破技术突破原理创新原理创新太阳能空调出路：太阳能空调出路：关键关键3。如何利用中温集热器。如何利用中温集热器实现高效太阳能空调过实现高效太阳能空调过程？程？12生产冷冻水的太阳能空调技术生产冷冻水的太阳能空调技术真空管太阳能集热器平板太阳能集热器中温太阳能集热器中高温太阳能集热器吸附式制冷单效吸收式制冷双效吸收式制冷单/双效吸收式制冷13生产调节空气的太阳能空调技术生产调节空气的太阳能空调技术太阳能真空管空气集热器太阳能真空管空气集热器太阳能平板空气集热器太阳能平板空气集热器太阳能热水集热器太阳能热水集热器转轮除湿空调除湿换热器系统溶液除湿空调14太阳能冷冻制冰技术太阳能冷冻制冰技术集热器吸附制冰机氨水吸收式热水驱动空调机（水冷）吸附制冰机151.3 太阳能太阳能/空气源热泵热水系统空气源热泵热水系统将太阳能集热与热泵原太阳能集热与热泵原理结合理结合，可有效克服太阳能供热系统间歇性工作不足，太阳能热泵热水器热泵热水器太阳能热泵采暖热泵采暖太阳能辅助空调、供热与辅助空调、供热与热水复合能量系统热水复合能量系统是利用太阳能的一种重要的设备太阳能太阳能/空气源热泵热水装置已经形成空气源热泵热水装置已经形成20203030亿元亿元年产值的产业。年产值的产业。16太阳能热泵技术太阳能热泵技术直膨式太阳能热泵太阳能热泵能源中心17二、太阳能与工业加热二、太阳能与工业加热 _年年 工业能耗占社会总能耗工业能耗占社会总能耗70 热力能耗占工业能耗的热力能耗占工业能耗的53%电力能耗占工业能耗的电力能耗占工业能耗的47%2007中国统计年鉴中国统计年鉴工业用热温度大部分在工业用热温度大部分在80 180 之间，理之间，理论上完全可由太阳能技论上完全可由太阳能技术解决！术解决！18应用潜力与社会效益应用潜力与社会效益集热器面积对比CO2减排量年产值对比现状现状现状现状：太阳能热水系统安装保有量；增加增加增加增加：指烟草业、食品加工业、造纸业、纺织业、化工业、木材加工业、塑料业、烟草业、食品加工业、造纸业、纺织业、化工业、木材加工业、塑料业、医药业医药业 八个典型行业，根据2007年年鉴，八个行业热能总消耗为2.26亿吨标煤，表中为太阳能替代热能消耗10折算成集热器面积计算结果；潜力潜力：若：若整个工业用热能整个工业用热能整个工业用热能整个工业用热能1010被太阳能替代被太阳能替代被太阳能替代被太阳能替代，则，则CO2CO2减排量可达减排量可达减排量可达减排量可达3.43.4亿吨亿吨亿吨亿吨，以我，以我国最新国最新61亿吨亿吨CO2排放总量为基础，减排量可达排放总量为基础，减排量可达5。亿m23亿平米现状增加3千万吨7千5百万吨现状增加500亿1500亿现状增加19国内外对比国内外对比我国太阳能热利用主要是太阳能热水系统，在我国我国太阳能热利用主要是太阳能热水系统，在我国工业领域的应用则几乎是一片空白，工业加热需要工业领域的应用则几乎是一片空白，工业加热需要60-90 oC印染行业，印染行业，120-150 oC食品、石油化工、食品、石油化工、印染等行业印染等行业在欧盟在欧盟25国，太阳能的热利用技术应用于工业加热过程的潜力是国，太阳能的热利用技术应用于工业加热过程的潜力是90112 GWth(1.28 1.60 亿亿 m2)，占工业用热总需求的，占工业用热总需求的2.5%欧洲太阳能工业应用领域20太阳能工业加热分析太阳能工业加热分析跟踪聚焦集热器跟踪聚焦集热器非跟踪非跟踪CPC集热器集热器主要应用领域：主要应用领域：造纸，食品，烟草，木材，造纸，食品，烟草，木材，化工，医药，纺织，塑料等化工，医药，纺织，塑料等上述行业的能耗占工业总能耗大于15.9%21太阳能加热与工业节能太阳能加热与工业节能目前中温集热器中温集热器技术有了突破突破（槽式集热器、CPC集热器等）工业应用关键问题是解决供热可靠性和稳解决供热可靠性和稳定性定性，同时经济性经济性也是规模应用的重要指标高效性高效性新型集热器技术稳定性稳定性高效蓄热材料和蓄热技术，多能互补能源系统控制技术经济性经济性降低成本、规模化22应用实例：浙江达利印染厂 集热器面积：集热器面积：1300013000 m2 m2 日产热水日产热水20602060：13001300吨吨 年节约蒸汽：年节约蒸汽：3600036000吨吨 蒸汽热价：蒸汽热价：130130元元/吨吨 年节省费用：年节省费用：468468万万 一次投资：一次投资：14001400万元万元 投资回收期：投资回收期：3 3年年 CO2CO2减排量：减排量：47884788吨标煤吨标煤23粮食干燥粮食干燥干燥干燥热风30 太阳能粮食干燥中央储备粮昆明直属库如果采用自然通风方式，将玉米水分降低1%约需90h,采用太阳能加热通风方式后，降低1%的水分只需要30h左右，干燥时间仅为常规通风的1/3，从而可以得出：太阳能集热器的使用可以使干燥能耗干燥能耗降低降低2/3.24120-150 oC的规模化应用力诺已经有了中温管，但是尚未有规模工业应用示范，需要近期尽快推进！尚需推进500-1000元/m2的中温集热技术，重点突破槽式集热器！25太阳能潜热储存技术太阳能潜热储存技术太阳能潜热储存(LTES)系统储热材料和系统的研究储热材料和系统的研究：强化相变换热的同时不引起储热量的显著降低及相关新型储能系统；强化传热可以将相变材料的导热系数提高10倍以上,而相变潜热降低小于5-10%.应用场合：应用场合：太阳能制冷；太阳能采暖与建筑;太阳能热水系统优点优点:较显热储存具有更大的储能密度,在充放热过程中换热流体具有近似等温的特性石蜡与石蜡/膨胀石墨复合材料上海交大已初步完成太阳能潜热储存材料的研制及物性试验分析，构建了稳态热源上海交大已初步完成太阳能潜热储存材料的研制及物性试验分析，构建了稳态热源的潜热储存与利用系统，获得了较好的效果的潜热储存与利用系统，获得了较好的效果;有望将潜热储存在太阳能系统中应用有望将潜热储存在太阳能系统中应用,以提高其系统的应用效率。以提高其系统的应用效率。三、太阳能贮能-急需产业突破26太阳能跨季节贮能工作原理：选用合适的工质对，采用物理或化学吸附方法，利用春秋季太阳能，补充冬季供暖及夏季供冷，提高太阳能利用分数指标：5001000 kWh/m3应用场合：民用建筑供暖空调上海交大与法国上海交大与法国PROMES CNRS 合作研究合作研究，对方已获法国，对方已获法国CNRS资助，已签订资助，已签订协议，将进行学生及教师互访协议，将进行学生及教师互访集热蓄存制热制冷27热化学贮能热化学贮能：与传统显热贮能和相变潜热贮能相比，热化学贮能密度高，约为相变潜热贮能的25倍；同时实现太阳能的热量贮存和制冷冷量贮存 ，满足用户供热和制冷需求 热化学储能28四、太阳能应用的其他领域太阳能海水淡化太阳能海水淡化太阳能温室太阳能温室太阳能养殖太阳能养殖太阳池蓄热以及发电太阳池蓄热以及发电。29太阳能海水淡化技术太阳能海水淡化技术工作原理：太阳能热能用于海水淡化温度范围：50110应用场合：电价较低的地方，中小型规模海水淡化,尤其是无热源的海岛地区。优点：不需要另外提供蒸汽,不需要冷却水,且转化效率较高，长期无故障运行,人工和维修费用较低,可靠性好。是解决水资源可持续发展的重要途径，拓展太阳能集热器利用领域的重要方是解决水资源可持续发展的重要途径，拓展太阳能集热器利用领域的重要方向！向！太阳能海水淡化工厂太阳能海水淡化工厂太阳能、风能海水淡化工厂太阳能、风能海水淡化工厂太阳能压气蒸馏海水淡化原理图太阳能压气蒸馏海水淡化原理图30太阳能光伏驱动空调及制冷随着光伏产业的随着光伏产业的迅速发展，光伏迅速发展，光伏发电系统成本大发电系统成本大幅降低。幅降低。光伏驱动直流压光伏驱动直流压缩机制冷系统经缩机制冷系统经济性日益显现。济性日益显现。未来光伏空调未来光伏空调具有竞争性。具有竞争性。31五、总结五、总结太阳能在建筑供热空调、工业加热，中温利用领域具有广阔的应用前景，节能减排效益明显；太阳能热利用需要重点突破：1.太阳能器件的建筑一体化与模块化；2.空气集热器对解决新农村建设意义显著；3.中温集热器经济高效以及规模应用必须突破；4.太阳能空调技术已经突破，但是需要规模应用；5.太阳能贮能应成为近期突破的重点；6.应充分重视太阳能工业应用！7.空气源热泵热水器的显著前景和地位；8.光伏太阳能电空调是未来方向，值得关注！32第二部分第二部分绿色建筑能源系统绿色建筑能源系统331.上海市生态建筑示范楼 2004Shanghai Green Building using solar integrated hybrid energy systems,which was selected by WISIONS to distribute the experiences worldwide.150 m2 太阳能集热器,460 m2 冬季地板辐射采暖、夏季(15-20 kW)太阳能空调制冷,过渡季节太阳能强化自然通风34地板辐射采暖地板辐射采暖用于加热通风到空气的太阳能散热用于加热通风到空气的太阳能散热器器太阳能热水驱动吸附制冷机（最大太阳能热水驱动吸附制冷机（最大20kW)建筑一体化的太阳能集热器件建筑一体化的太阳能集热器件352.太阳能建筑一体化太阳能建筑一体化热水系统热水系统 上海三湘四季花城的2800 套住宅安装了3m2阳台星太阳能热水器363.空气源热泵热水器空气源热泵热水器 _年_月，102套安装在上海达安春之声花园4.太阳能采暖技术太阳能采暖技术鹅卵石蓄热太阳能空气集热技术鹅卵石蓄热太阳能空气集热技术ParametersValueUnit集热面积473.2采暖面积3458集热器效率40%年节能量772262MJ太阳能保证率49.4%Solar collector Pebble Air duct and fan Indoor air outlet Schematic diagram 385.太阳能吸附空调示范，太阳能吸附空调示范，_年年_月山月山东皇明东皇明集热器集热器冷却器冷却器吸附机吸附机室内室内热水箱热水箱39制冷量制冷量20kW热力力 COP0.8-1.0Air out20-26热空气温度空气温度60-95处理空气流量理空气流量3000-4000m3/h回回风流量流量2000-3000m3/h6.太阳能除湿空调，太阳能除湿空调，_年年_月山月山东皇明东皇明.Office Building太阳能空气集热器支架太阳能空气集热器支架407.太阳能吸收式空调，太阳能吸收式空调，山东力诺瑞特山东力诺瑞特_年年_月月太阳能中温集热器太阳能中温集热器 20kW LiBr-water absorption chiller418.地源热泵，地源热泵，_年年_月月Main PerformanceDataUnitCooling power594kWChilled water out7Chilled water in12Heating power610kW8000m2档案保存用地源热泵系统档案保存用地源热泵系统上海市闵行区档案馆上海市闵行区档案馆16 oC,55%RH 常年；常年；全年如何保证地源的温度热量平全年如何保证地源的温度热量平衡？衡？.429.上海世博余热利用示范上海世博余热利用示范主要空调：冰蓄冷主要空调：冰蓄冷附加示范：附加示范：2 台台 65 oC 热水驱动热水驱动的吸附制冷机；的吸附制冷机；地源热泵地源热泵国家电网馆国家电网馆65 oC 热水驱动30 oC 水冷COP=0.35;Q=7 kW43太阳能加热空气强化自然通风太阳能加热空气强化自然通风10.上海世博会太阳能通风示范上海世博会太阳能通风示范国家电网馆国家电网馆4411.太阳能光电驱动的空调太阳能光电驱动的空调系系统性能性能数据数据制冷量0.17 kW制热量0.129 kW太阳能光电效率12.5%逆变器效率80.2%空调电动COP34.1太阳能空调太阳能 COP0.30.41系统构成系统构成PV array45 12.热泵地暖示范，_年_月上海交大4613.室内游泳池热泵系统室内游泳池热泵系统 上海创智坊上海创智坊20094716 kW 微型微型CCHP系统系统150kW 燃气机发电，燃气机发电，700 kW尾气预尾气预热利用以及天然气补燃的溴化锂吸收热利用以及天然气补燃的溴化锂吸收式制冷机式制冷机-无锡天灵宾馆无锡天灵宾馆14.冷热电联产能源系统冷热电联产能源系统48在上海交通大学示范在上海交通大学示范绿色建筑能源系统？绿色建筑能源系统？49SJTU GEL-November 3rd,200750GEL 外观设计外观设计51GEL 研究目的研究目的严寒严寒严寒严寒严寒严寒寒冷寒冷夏热冬冷夏热冬冷夏热冬暖夏热冬暖温和温和寒冷寒冷严寒严寒严寒严寒严寒严寒寒冷寒冷夏热冬冷夏热冬冷夏热冬暖夏热冬暖温和温和寒冷寒冷南京南京武武汉 长江中下游地区冬季采长江中下游地区冬季采长江中下游地区冬季采长江中下游地区冬季采暖问题暖问题暖问题暖问题 华南地区夏季空调问题华南地区夏季空调问题华南地区夏季空调问题华南地区夏季空调问题:40%夏季电力用于空调 家用热水全面增量：未家用热水全面增量：未家用热水全面增量：未家用热水全面增量：未来全国各地如何考虑？来全国各地如何考虑？来全国各地如何考虑？来全国各地如何考虑？52意大利外遮阳设计意大利外遮阳设计太阳能二极管：太阳能二极管：冬季冬季-敞开吸收太阳能，敞开吸收太阳能，夏季把太阳能夏季把太阳能直射辐射挡于户外直射辐射挡于户外53 14+GEL关键技术关键技术54GEL的电源配置Wind power 5kWSolar PV 10kWCCHP 16kWGas Engine Heat Pump(GEHP)Grid power 70kWBatteryinvertercontrollerOne of the big task is how to match and operate the power supply and demand?55智能电网解决方案智能电网解决方案Smart grid network智能电网合理处理终端用户智能电网合理处理终端用户智能电网配置的公共设施智能电网配置的公共设施-住宅住宅设施配置的智能电力系统设施配置的智能电力系统56零碳排放住宅bed air conditioner heat pumpWater heater(carbon dioxide)cooling radiant ceilingheating radiant floorSolar coolingcentral controller57智能控制低能耗住宅central intellectual controllerfuel cell Adiabatic envelopmentG-Mode comes from Panasonicoutdoor unithome applications&security 58绿色能源楼的建设绿色能源楼的建设 59_.05 建筑完工建筑完工;_月设备完工；月设备完工；_月装修完工和投入运行月装修完工和投入运行60LEED-NC 69 points 14 points15 points5points5points17points 13points铂金铂金 52-69金牌金牌 39-51银牌银牌 33-38铜牌铜牌 26-32 LEED绿色建筑论证绿色建筑论证61LEED-NC certification process state of artCategoriesYesMaybeNOSustainable Sites(SS)1300Water Efficiency(WE)500Energy&Atmosphere(EA)548Materials&Resources(MR)544Indoor Air Quality(IAQ)1320Innovation Design Process(ID)500Total461013 LEED-NCIt is sure for GEL to obtain the golden medal in LEED-NC.If all the maybe points can be achieved,platinum is possible62上海交大中意绿色能源楼-LEED 金牌论证LEED 金牌论证金牌论证GB 绿色建筑论证绿色建筑论证632011。0164外遮阳样品结构Solar direct ray diode65热泵水源热泵地源热泵66地源热泵井 9 口 5080m 深度大金CO2热泵能源中心68江苏华扬空气源热泵热水器，松下 VRV(10kW cooling capacity)69松下住宅 HEMS（70m2）70新风全热交换器DAIKIN HRVPanasonic HRV71吸附制冷机(15kW)谢谢 谢！谢！