Углубленный анализ: Оптимальные сценарии применения солнечной тепловой энергии в сочетании с нагревом воздуха.

Комбинированная система отопления, использующая солнечную и воздушную энергию, по сути, представляет собой энергосберегающую взаимодополняющую модель «приоритет солнечного тепла + дополнительная энергия от тепловых насосов». Солнечная энергия свободно поглощает тепло, удовлетворяя основные потребности в отоплении; тепловой насос с воздушным источником тепла обеспечивает стабильное энергоснабжение в периоды недостатка солнечной энергии, например, в пасмурные дни и ночью. Это снижает эксплуатационные расходы традиционных тепловых насосов с воздушным источником тепла и компенсирует прерывистый характер солнечного отопления. Основные преимущества этого комбинированного решения — низкий уровень выбросов углекислого газа, низкие эксплуатационные расходы и высокая стабильность. Однако оно ограничено такими факторами, как площадь солнечного коллектора, условия установки и климатические условия, и может быть неприменимо во всех сценариях.

01 Какие сценарии более экономически обоснованы?

Система, сочетающая солнечную тепловую энергию и энергию воздуха, несмотря на высокую первоначальную стоимость, может продемонстрировать большую экономическую эффективность в следующих сценариях благодаря высокой доле вклада:

1. Общественные и коммерческие здания, пользующиеся существенными инвестиционными субсидиями.

Во многих регионах политика субсидирования модернизации зданий с целью повышения энергоэффективности предлагает более значительную поддержку общественным зданиям, таким как школы, больницы и дома престарелых. Субсидии могут напрямую компенсировать первоначальные затраты на установку системы солнечного отопления, позволяя получить выгоду от «бесплатного топлива» в более короткие сроки.

2. Стандартная конфигурация для новых энергоэффективных зданий

В стремлении к созданию зданий со сверхнизким и почти нулевым энергопотреблением использование солнечной тепловой энергии стало своего рода «стандартным решением». Комплексный подход к проектированию на ранней стадии позволяет избежать затрат и проблем, связанных с последующей установкой, а вырабатываемая энергия напрямую способствует достижению целевого показателя энергетического баланса здания, при этом ее ценность выше, чем простая экономия на эксплуатационных расходах.

3. Сценарии, требующие большого количества горячей воды для бытовых нужд в течение всего года.

Именно здесь экономическая целесообразность использования солнечной энергии наиболее неоспорима. В таких ситуациях, как гостиницы, бассейны, бани и промышленные предприятия, потребность в горячей воде остается стабильной в течение всего года. Солнечные системы работают круглосуточно, даже выделяя избыточное тепло летом. В таких условиях годовой коэффициент использования солнечной энергии близок к 100%, а срок окупаемости инвестиций часто самый короткий (обычно 3-6 лет), при этом ее связь с отоплением относительно менее значительна. Потребность в отоплении лишь дополнительно увеличивает коэффициент использования оборудования зимой.

4. Переходные зоны, где отопительный сезон совпадает с сезоном высокой солнечной активности.

В начале зимы и начале весны в северных регионах (например, в ноябре и марте) температура воздуха на улице еще приемлемая, а солнечного света достаточно. В это время солнечная энергетическая система может практически самостоятельно удовлетворять потребности в отоплении, в то время как тепловой насос с воздушным источником тепла необходимо включать только в условиях сильного холода или облачности. В этих районах солнечная энергия эффективно продлевает «период бесплатного отопления», и ее ценность очень велика.

02. Конкретные сценарии адаптации

(1) Сценарии крупномасштабного отопления промышленных помещений и отопления для производственных целей. 

Применимые объекты:Вспомогательные промышленные здания, такие как производственные цеха, складские помещения, общежития для персонала и офисные здания, особенно подходят для отраслей с требованиями к стабильной температуре, таких как пищевая промышленность, текстильная промышленность и электроника.

Применимые причины:

1. Стабильная и большая тепловая нагрузка: Площадь обогрева промышленных предприятий обычно составляет от нескольких тысяч до десятков тысяч квадратных метров, а некоторые процессы требуют низкотемпературного обогрева (например, поддержание постоянной температуры 20℃ в цехах, очистка горячей водой и т. д.). Система «солнечная энергия + энергия воздуха» позволяет одновременно удовлетворять потребности в обогреве и технологическом нагреве, обеспечивая каскадное использование энергии.

2. Обилие ресурсов на площадке: крыши промышленных предприятий, потолки парковок и незанятые открытые пространства могут быть оборудованы солнечными коллекторами, фотоэлектрическими панелями или фотоэлектрическими системами. Некоторые промышленные предприятия также могут комбинировать солнечные батареи с фотоэлектрическими навесами для автомобилей, чтобы получить двойную выгоду: «выработка солнечной энергии + отопление».

3. Значительная экономия энергии: Стоимость электроэнергии для промышленного использования выше, чем для бытового. Традиционное электрическое или газовое отопление обходится дорого. Комбинированная система может значительно снизить потребление энергии на отопление.

Решение:Солнечные коллекторы + энергия воздуха, фотоэлектрические системы + энергия воздуха, солнечная тепловая энергия + фотоэлектрические системы + энергия воздуха и другие схемы энергетического сопряжения.

(II) Специализированные проекты в сфере туризма и размещения, такие как гостиницы культурного туризма и парки здравоохранения.

Целевая аудитория:Проекты в сфере туризма и размещения, которые делают акцент на «зеленом» и низкоуглеродном имидже бренда, такие как кластеры гостиниц, базы по оздоровлению лесов и курорты с термальными источниками.

Причины адаптации:

1. Соответствие позиционированию бренда: Позиционирование проекта сосредоточено на концепциях «экология, защита окружающей среды и здоровье», а система отопления с использованием солнечной энергии и энергии воздуха может служить ключевым торговым предложением, демонстрируя туристам ценность экологичного и комфортного проживания.

2. Гибкий график отопления: Потребность в отоплении гостиниц и медицинских центров в основном возникает ночью и в праздничные дни. Солнечная энергия может аккумулировать тепло в течение дня, адаптируясь к временным режимам отопления, что дополнительно снижает эксплуатационные расходы.

3. Экологически чистая установка: Большинство жилых комплексов расположены в пригородах или живописных районах с хорошим освещением и рассредоточенной планировкой зданий, что благоприятствует распределенной установке солнечных коллекторов и обеспечивает высокую степень интеграции с природным ландшафтом.

Решение:Возможно сочетание индивидуального дизайна гостевых домов с использованием комбинации солнечных коллекторов и тепловых насосов с воздушным источником тепла, с учетом как эстетики, так и практичности; также предусмотрена интеллектуальная система контроля температуры для регулирования температуры в каждом номере и снижения энергопотребления.

(III) Сценарий обогрева при постоянной температуре для сельскохозяйственных теплиц, предназначенных для выращивания и разведения сельскохозяйственных культур.

Применимые объекты:Теплицы для выращивания рассады, цветов, фруктов и овощей в межсезонье, помещения для разведения скота (например, поросят, птицы) и т. д. – это объекты для разведения и посадки растений, чувствительные к температуре.

Применимые причины:

1. Соответствие требуемой температуре: Потребность в отоплении сельскохозяйственных теплиц обычно составляет 5℃–25℃, что соответствует средне-низкой температуре, идеально соответствующей диапазону температур, необходимых для отопления с использованием солнечной энергии и энергии воздуха.

2. Синхронизация использования света и тепла: днем ​​теплицам необходим солнечный свет для фотосинтеза, а солнечные коллекторы могут одновременно поглощать тепло для обогрева; когда температура резко падает ночью, тепловые насосы с воздушным источником тепла начинают восполнять запасы тепла, чтобы предотвратить замерзание урожая и скота.

3. Субсидии для сельского хозяйства: Во многих регионах предлагаются специальные субсидии на энергосберегающее оборудование для сельского хозяйства. Система отопления с использованием солнечной и воздушной энергии может получать комбинированные субсидии на сельскохозяйственную технику и энергосбережение, что снижает первоначальные инвестиции.

Решение:Используйте плоские солнечные коллекторы (устойчивые к граду, легко чистящиеся) или солнечные воздушные коллекторы в сочетании с системой горячего воздуха с тепловым насосом, чтобы напрямую подавать теплый воздух в теплицу и повысить эффективность отопления; установите датчики контроля температуры для автоматической регулировки температуры.

(IV) Сценарий городского центрального отопления

Применимые объекты:Новые жилые комплексы в городах, проекты модернизации систем отопления в старых жилых районах, особенно подходящие для малых и средних городов и уездных территорий с лучшими условиями освещения.

Уважаемые причины:

1. Адаптация к масштабам отопления: Централизованное городское отопление должно удовлетворять одновременные потребности в отоплении нескольких домохозяйств и больших территорий. Солнечные коллекторы позволяют расширить площадь сбора тепла за счет модульной компоновки, а тепловые насосы с воздушным источником тепла позволяют гибко регулировать выходную мощность в зависимости от тепловой нагрузки, адаптируясь к различным масштабам потребностей в отоплении.

2. Энергосбережение и экономическая выгода: Центральное отопление потребляет большое количество энергии. Солнечная энергия, как бесплатный и чистый источник энергии, может заменить значительную часть традиционной электроэнергии и газа. В сочетании с эффективными энергосберегающими характеристиками тепловых насосов с воздушным источником тепла (с коэффициентом полезного действия, обычно составляющим от 3 до 4), по сравнению с традиционным угольным или чисто электрическим отоплением, это может значительно снизить долгосрочные эксплуатационные расходы.

3. Политика и экологические требования: В настоящее время местные власти строго контролируют отопление на угольных электростанциях и активно продвигают использование экологически чистой энергии. Система солнечной энергии с воздушным источником тепла имеет нулевой уровень выбросов загрязняющих веществ и соответствует целям «двойного углеродного баланса» и политике защиты окружающей среды в городах. Она может пользоваться местными специальными субсидиями на отопление экологически чистой энергией и средствами поддержки при реконструкции старых жилых районов.

4. Стабильность соответствует спросу: Централизованное городское отопление предъявляет высокие требования к стабильности системы. В течение дня оно использует солнечные коллекторы для удовлетворения основных потребностей в отоплении. В периоды низкой освещенности, такие как дождь, снег или ночь, тепловые насосы с воздушным источником тепла быстро обеспечивают дополнительный обогрев, чтобы поддерживать постоянную температуру в помещении (обычно на уровне 8–22 °C), избегая перебоев в отоплении.

Решение:Использовать централизованные массивы солнечных коллекторов (вакуумные трубки или большие плоские коллекторы EFPC, выбор которых зависит от местных условий освещения), в сочетании с вместительными изолированными резервуарами для воды для хранения тепла и использовать тепловые насосы с воздушным источником тепла в качестве вспомогательных источников тепла, подключаясь к существующей городской сети отопления; настроить интеллектуальную центральную систему управления для мониторинга температуры, давления в сети и эффективности солнечных коллекторов в режиме реального времени, автоматического переключения режимов отопления и поддержки учета потребления энергии домохозяйствами с учетом энергосбережения и индивидуальных потребностей пользователей.

03 Ключевые характеристики для максимизации вклада солнечной энергии

(I) Климатические характеристики: Обилие солнечного света + Длительный холод

1. Идеальный сценарий: высокогорные районы с высокой солнечной активностью (северо-запад, Цинхай-Сицзанское плато). Несмотря на низкую зимнюю температуру, много солнечных дней, мало облачности и высокая интенсивность солнечного излучения. Солнечные коллекторы в условиях холодной и солнечной погоды, при условии защиты от замерзания, сохраняют высокую эффективность сбора тепла, обеспечивая значительное количество низкотемпературного тепла и существенно снижая нагрузку на тепловые насосы. Потери тепла, вызванные разницей температур, могут быть компенсированы за счет улучшения теплоизоляции.

2. Подходящие условия: регионы с холодной зимой и жарким летом, а также районы с относительно обильным солнечным светом. Например, некоторые части Северного Китая и регион Хуайхай, где зимой достаточно солнечного света, могут обеспечить основные потребности в электроэнергии за счет солнечной энергии.

3. Неподходящие сценарии: холодные и влажные зимние условия, районы с длительными периодами низкой освещенности. Например, такие регионы, как Сычуаньская котловина, Хунань и некоторые части Гуйчжоу, где солнечная радиация зимой крайне недостаточна, что приводит к высокой загрузке солнечных энергосистем и низкой экономической эффективности.

(II) Архитектурные характеристики: Точное согласование тепловой нагрузки

1. Оптимальное соответствие:

(1) Здания, где пиковая потребность в тепле в течение дня совпадает с пиком солнечной радиации. Например: школы, офисные здания, заводские цеха, склады и т. д. Эти здания нуждаются в отоплении в периоды дневной активности. Солнечная энергия может быть непосредственно «мгновенно доступна» и не требует длительного хранения с большими потерями. Эффективность системы и коэффициент вклада являются самыми высокими.

(2) Стабильное и широкое использование тепловой нагрузки: Площадь обогрева промышленных предприятий обычно составляет от нескольких тысяч до десятков тысяч квадратных метров, а некоторые процессы требуют низкотемпературного тепла (например, поддержание постоянной температуры 20 °C в цехах, очистка горячей водой и т. д.). «Солнечная энергия + энергия воздуха» позволяет одновременно удовлетворять потребности в тепле для отопления и технологических процессов, обеспечивая каскадное использование энергии.

(3) Круглогодичное использование тепла: круглый год существует большая потребность в горячей воде для бытовых нужд. Годовой коэффициент использования солнечной энергии составляет почти 100%, что значительно сокращает срок окупаемости инвестиций, а зимнее отопление может еще больше повысить эффективность использования оборудования.

2. Подходящее применение: Области со стабильной базовой тепловой нагрузкой. Например, бассейны с постоянной температурой, пруды для аквакультуры и теплицы. В этих местах необходимо поддерживать относительно стабильную температуру 24 часа в сутки. Бесплатное тепло от солнца в течение дня может быть напрямую использовано для поддержания температуры или замедления ее падения, что значительно снижает потребление традиционной энергии.

Заключение: 

От высокоэффективных общественных зданий и недавно построенных энергосберегающих сооружений до специализированных городских систем централизованного отопления, промышленных зон, уникальных туристических объектов, сельскохозяйственного производства и сценариев потребления горячей воды, требующих стабильного отопления в течение всего года, — при соблюдении основных характеристик «подходящие условия освещения, стабильная тепловая нагрузка и достаточные ресурсы участка» можно достичь максимального использования солнечной энергии и минимизировать эксплуатационные расходы системы.

Компания BTE Solar — это поставщик полного цикла услуг, специализирующийся на «применении чистой тепловой энергии во всех сценариях», занимающийся разработкой и применением различных источников чистой энергии, таких как солнечная энергия, геотермальная энергия и энергия воздуха. Компания предоставляет высококачественные услуги по тепловой энергии, отоплению, охлаждению и электроснабжению для энергопотребления зданий, промышленного теплоснабжения, растениеводства и животноводства, сушки, строительства новой инфраструктуры и других сценариев. Будучи национальным «малым гигантом» со специализированными и инновационными характеристиками, компания имеет 16% научно-исследовательских сотрудников, 50% из которых работают в отрасли более 20 лет. Компания получила 117 ключевых патентов и разработок. Она располагает несколькими научно-исследовательскими платформами, такими как Шаньдунская провинциальная академия наук и Шаньдунская провинциальная база инновационных исследований для докторантов и постдокторантов. Компания постоянно расширяет углубленные исследования в таких технологиях, как системы двойного тепло- и энергоснабжения, системы межсезонного хранения энергии, системы передачи энергии и интеллектуальные системы использования энергии, способствуя эффективной интеграции и быстрому развитию новой отрасли солнечной энергии + чистой тепловой энергии.