[实用新型]利用太阳能和热泵替代部分传统热源的集中供热方法及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用太阳能和热泵替代部分传统热源的集中供热的方法及其实施系统，具体地说是在传统的集中供热联合供热系统中，用太阳能替代部分燃煤，大量减少原煤的消耗，同时大量减少污染物的排放，可广泛应用于城镇集中供热的区域，属于集中供热技术领域。

背景技术

太阳能广泛的存在于大自然，但由于其品位低，收集成本高，运行经济性不好而没有在集中供热领域使用。目前太阳能的热收集已经十分成熟，太阳能真空管的热能收集效率可达95％，但用太阳能真空管将水直接加热到供热温度，需要极大的真空管集热面积，需要大量的真空管，投资巨大；另外，太阳能的间断断性和日照的不稳定性也对连续供热带来了困难。

我国建筑能耗中80％是供冷供热和供生活热水，一般由集中供热来实现，现有的集中供热完全由煤炭或燃气提供热源，既完全由碳燃烧转化为热能。用太阳能、地热能等低品位的能源可以达到相应效果，可我们大量使用的却是高品位的能源，一些地方更是直接用柴油或煤烧锅炉取暖或供热水，把高品位能源“大材小用”。

将太阳能与集中供热结合，实现太阳能部分替代传统热源并与传统热源运行经济性相当的新能源供热方式。不仅可以节省电能，即消耗少量电能而得到几倍于电能的热量，而且可以有效地提高太阳能集热器的效率，减少太阳能集热的面积，降低初投资。目前太阳能技术领域存在着严重的传统技术偏见，使得太阳能集热在提供大规模集中供热中的应用明显有限。

发明内容

本实用新型的目的是采用太阳能-热泵系统与集中供热联合供热的方式形成新型供热模式，就是用太阳能集热器在白天收集太阳辐射能并转成热能，以水作为传热介质和储热介质，夜晚利用谷电驱动水源热泵提取水中的热量，将水中的热量由热泵升温后送入供热管网。将太阳能与集中供热结合起来，争取用太阳能最大限度地代替燃煤，为节能减排做出贡献。

本实用新型的设计思想是它是白天日照时间利用太阳能集热器将太阳能最大限度的收集起来，存放于低温水池中，延长太阳能供热的使用时间，此时的供热是由集中供热的热交换器提供；晚上用热泵将存放于低温水池中的热量(并非是余热)提取出来用于供热，利用夜间谷电时间，驱动热泵运行，可显著降低运行成本。这就是太阳能与集中供热混合供热系统，它的混合模式是指白天由集中供热工作，晚上由热泵工作，而热泵的热源是白天通过太阳能集热器收集。

即白天使用集中供热，夜间使用太阳能-热泵供热，实现了太阳能与集中供热的联合供热。这样，既保证了在太阳能不足或设备出现故障时，仍可通过集中供热系统完成供热，反之，当集中供热出现故障时，也可使用太阳能继续供热，提高了供热的安全性；夜间采用谷电为热泵供电，提高了系统运行的经济性。

本实用新型技术方案的实现方法是：通过太阳能真空管集热器，白天吸收太阳能热量，将蓄能循环水水温加热到15℃以上，将加温后的水放入一个容量相当的水池中，夜间用热泵将水池中水的热量提取出来送入供热循环水，通过供热管网为客户供热。

本技术方案利用太阳能和热泵(以下叙述中称为‘太阳能-热泵系统’)替代部分传统热源的集中供热设计方法是：

第一步，根据应用的场合和用户端散热的设备确定热负荷(单位：W/m²)；

该热负荷，即房间的供热负荷(Qg)系指为维持房间空气的某一平均温度而需要提供的热量，其值应等于房间失热量与得热量的差值，即

房间供热热负荷(Qg)＝房间失热量(Q失)-房间得热量(Q失)

对一般民用建筑(特别是居住建筑)而言，房间的得热量包括人体、电器和炊事等项散热，为不稳定且数量较小的得热量，一般情况下多不予计算(作为安全度考虑，也有的按建筑面积计算一定数量)。这时的房间热负荷即简化成等于该房间的失热量。即Qg＝Q失＝QW+QF。

第二步，计算单位供热面积日需求热量：热负荷×时间×热负荷系数(1天等于3600×24秒)

该热负荷系数是在设计供热需求时，是按最冷温度设计，但并不是每天都是最冷温度，由该系数折算实际供热量；

第三步，根据是实际情况设计太阳能-热泵系统占总体供热的比例，由此计算出单位供热面积太阳能-热泵系统日提供热量；

第四步，选取适当的热泵系统，确定其能效比；并由此计算出单位供热面积由太阳能集热器日提供热量；

第五步，计算单位供热面积需太阳能集热器面积：单位供热面积由太阳能集热器日提供热量/太阳能集热器每天每平方米可收集的热量；