蕪湖市科華新型材料應用有限責任公司       程崇鈞（研究員）

   華東理工大學材料科學與工程學院           王庚超（教授）

【關鍵詞】：分布式光伏非蓄電非逆變光伏發(fā)電，變功率蓄能供熱，高效非逆變全直流制冷，亮化照明，網絡化群控和遠程遙控技術，家用電器復合能源化。

一、簡介

二、目的意義

   2.1 隨著全球能源形勢的日益緊張，能源利用結構、能源供應方式逐步發(fā)生變革，節(jié)能與環(huán)保、分布式能源、相變蓄能材料等已成為當今世界各國關注的熱點。為了提高能源的利用效率和控制環(huán)境污染，傳統(tǒng)的供熱方式以及多種恒功率電熱供熱等已無法滿足現(xiàn)有城鎮(zhèn)區(qū)域的建筑供熱（暖）的需要，即使近年來涌現(xiàn)出諸多供熱新技術和新模式，例如利用低谷電的供熱供暖技術、以及利用可再生能源的太陽能集熱器和水源或空氣源熱泵供熱技術等。現(xiàn)有新型供熱方式也存在較多的技術問題和無法解決的致命缺陷，直接影響著可再生能源的利用和發(fā)展。例如低谷電供熱方式雖然實現(xiàn)了能源的有效利用，但只能滿足冬季供暖需求。太陽能集熱器受地區(qū)、晝夜、氣候和日照采集率變化等因素的影響致使所提供熱水的溫度不穩(wěn)定，即使采用大儲罐進行顯熱蓄水儲能，也達不到穩(wěn)定供熱的要求，只能再利用市電間接互補，中間傳輸及儲存熱效率較低，得不償失。同時也帶來幾十噸甚至上千噸水箱的過負荷，防凍、抗凍、分體與建筑結合難等，以及各種器件存在無法克服或長期尚未克服的技術瓶頸，例如：水源或空氣源熱泵易受水源或空氣源的地區(qū)自然條件影響，特別是在低溫制熱或高溫制冷時，其整體水平COP值并未達到“1：1”，甚至在嚴寒地區(qū)或無市電情況，根本無法使用；還存在只能用交流電，以及控制系統(tǒng)復雜等缺點。因此設計開發(fā)新一代的多能源共用的集成供熱、制冷、亮化照明技術及產品是非常必要的，從而實現(xiàn)家用電器的復合能源化。

2.2 針對現(xiàn)有城鎮(zhèn)區(qū)域建筑供熱系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面所存在的瓶頸問題，提出了不僅適用于區(qū)域而更廣泛的居住或工作建筑供熱系統(tǒng)的分布式 、非蓄電、非逆變光伏電熱及低谷電互補以及合理利用建筑本體顯潛熱蓄能的新模式。將太陽能光伏發(fā)電（或風力發(fā)電）與新一代安全節(jié)能型變功率電熱器件與相變儲能材料及蓄能應用技術有機結合在一起作為變功率潛熱蓄能電熱轉化體；結合建筑住宅或工作區(qū)所處地理位置的特點，設置分布式光伏能源進行非蓄電非逆變的“變功率電熱蓄能”、高效非逆變全直流制冷、四季照明、低谷用電、多能源互補、物聯(lián)網等集成應用技術。重點在全國部分城鎮(zhèn)區(qū)域性住宅建筑中推廣應用，也可以在廣大農村或邊遠無網電供應的地區(qū)進行推廣應用，甚至可以是在高寒或極寒的南北極地區(qū)對太陽能光伏發(fā)電的無蓄電池、無逆變器情況下的直接變功率電熱利用。前述六種應用形成系統(tǒng)，因地制宜，量力、分布、分期，在國內外引領建筑分布式光伏供熱、制冷、照明集成應用。推進家用電器復合能源化，特別適用于南方冬冷夏熱地區(qū)的集中供熱、供冷的最佳選擇方案。

三、主要技術內容

3.1 適應于建筑用戶側太陽光伏非蓄電、非逆變變功率蓄能供熱：

（1）供暖：在現(xiàn)有地面輻射變功率蓄能供暖基礎上改變能源利用結構，白天用光伏發(fā)電非蓄電非逆變直供變功率加熱電纜蓄能地面或變功率蓄能散熱器用電，夜間使用低谷電互補，進行電熱轉化，采用潛顯熱貯能或完全顯熱貯能變功率地面。施工方式采用現(xiàn)場施工法和預制組裝法，不通過中間熱能輸送，直接進行分戶或集中供暖，光伏電采用分布式光伏非蓄電非逆變直供電源。

（2）熱水器及熱水系統(tǒng)，在現(xiàn)有承壓式電熱水器中增設變功率蓄能電熱器，形成交直流兩用自動切換，顯潛熱儲能，低谷電互補，應用方式由原來的一罐多室多龍頭改為舍棄中間輸送的一室一罐方式，一開就是熱水。

（3）上述（1）+（2）的結合，形成冬季供暖系統(tǒng)和四季生活熱水系統(tǒng)。

（4）結合南方以夏季制冷空調、冷藏為主要矛盾，可以采用太陽光伏電熱水器及熱水系統(tǒng)與現(xiàn)市場上熱銷的“全直流變頻空調”經升級具備市電與高效非逆變光伏蓄電池供電自動切換互補，實現(xiàn)四季（生活熱水+亮化照明）+夏季太陽光伏非逆變全直流空調（或冰柜、冰箱、冷藏）。

3.2 分布式電源：分布式電源是近年來興起的，采用小型設備向用戶就近提供能源的利用方式和設施。本項目采用一種分布式非蓄電非逆變光伏電為電源，工作電壓可以根據光伏電池板的串并聯(lián)組合條件進行系列化并輔以市電互補，可以是安全電壓也可以是通用電壓。形成雙電源（復合多能源）用戶，通過按時序或溫度編程針對交直流切換或變功率與恒功率分別用電控制形成交直流互補。同一變功率電熱器件進行和信息化智能控制及通訊遙控技術，形成分布式變功率電熱系統(tǒng)。減去中間熱能輸送環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對能源最大化利用，在信息化智能控制的遙控技術支持下進行跨行業(yè)的優(yōu)化整合。它完全區(qū)別于太陽能熱利用，而是一種全新的無中間熱能輸送的多種能源（或稱復合能源）的利用方式。該利用方式可以是分戶利用建筑裝飾太陽能電池板供電，也可以集中大面積分組與建筑結合或獨立安裝太陽能電池板，集中發(fā)電、分戶供電，采用電線與分戶連接形成光伏電熱水器或光伏電熱水系統(tǒng)。由于該分布式光伏電池容量富余， 故用于蓄電高效非逆變光伏全直流空調制冷及亮化照明系統(tǒng)，簡單易行，分戶控制和分戶計量十分簡單。

3.3 光伏電熱利用與光熱利用的比較簡析：

雖然，太陽光伏電轉化效率較低，僅15～20%左右，光熱轉化效率可以高達60%左右。省略這兩種“光電、光熱”轉化器件的衰減不計（光伏電池壽命25年，光熱集熱器10～15年），在應用時取相同的標稱功率進行實際利用效率的比較。通過真正實際應用而非概念性對比，這二者的等量轉化后的實際利用效率是與應用方式、終端設備的能效密切相關的。（絕非轉化效率對比，轉化效率對比對使用者無實際意義）

光熱利用：以典型的太陽熱水器為例，由于存在四項不穩(wěn)定(集熱不穩(wěn)定，輸送不穩(wěn)定，儲存不穩(wěn)定，使用不穩(wěn)定)，集熱后的光熱轉化標稱能量因前述四項不穩(wěn)定損失高達30-50%。

光伏非蓄電、非逆變直接電熱利用：以蕪湖科華研發(fā)的“太陽光伏變功率蓄能熱水器”為例，由于太陽能電池板的標稱功率是指已核算光伏電轉化后的“光電轉化標稱功率”，由于是非蓄電、非逆變直接通過導線進行傳輸由變功率寬幅工作電壓的電熱器進行電熱轉化，其電熱轉化在應用終端內部，無中間熱能輸送，應用終端—“儲罐”在室內存儲，因此其電能輸送損失，電熱轉化損失和儲存損失僅在5-10%。

以上兩項經“蕪湖科華”在蕪湖地區(qū)以80升熱水器為例，經近一年的對比性試驗取得十分顯著的效果。“光伏電熱水器”能效遠遠優(yōu)于“光熱電熱水器”。（經濟技術對比性分析略），“光伏”、“光熱”“轉化利用效率差”高達30%左右，故光伏綜合效益更為顯著。（詳見“節(jié)能評審報告”）略

3.4 自控溫電熱帶是一種智能型變功率電加熱器件，所采用發(fā)熱材料是具有PTC特性（即電阻正溫度系數效應）的特種導電聚合物復合材料。因此，自控溫電熱帶的電阻會隨著被加熱體系溫度的升高而增大，從而自動調節(jié)輸出功率，以達到控溫和節(jié)能的目的。與其它電熱器件相比，有以下優(yōu)點：

 （1）交直流兩用，±50%寬幅工作電壓；

 （2）低溫加熱快捷，電熱轉化效率高（100%）；

 （3）可自動限制加熱溫度，具有開關特性和記憶特性；

 （4）可任意切斷或接長使用，安裝使用簡便；

 （5）在額定電壓工作時，產品發(fā)熱溫度高達135℃，承受溫度高達160℃，自身不燃安全可靠，連續(xù)使用壽命長達30年以上。

  鑒于此，采用特種自控溫電熱帶或電熱器件為可變電源或雙電源互補在建筑及生活設施中供熱是非常理想的智能電熱終端。這種終端，可以是地面、墻裙、散熱器、床、炕、地墊、汗蒸房、烘房、熱水器等需要供熱的裝置或設施。

3.5 潛熱蓄熱技術是利用無機相變儲能材料的固液相變過程來實現(xiàn)能量的貯存和釋放（其相變溫度點系列化，相變焓高達140kJ/kg以上），在能源的有效利用和全球氣候保護方面發(fā)揮了重要作用。潛熱蓄能技術用于住宅建筑領域呈現(xiàn)許多優(yōu)點：

 （1）相變潛熱大，積累性蓄熱能力強、相變時溫度基本恒定，具有溫度自控調節(jié)能力，從而減小室內空氣溫度波動，較長時間保持所需溫度，提高人體舒適度;

 （2）非供熱時實現(xiàn)主動蓄能控溫，供熱時被動蓄能時序編程，通過吸熱△T1與放熱△T2的大小變化，可實現(xiàn)谷期（夜間）用電蓄熱，非谷期（白天）停電供熱，反之光伏電熱亦可。

 （3）潛熱蓄能系統(tǒng)可以將峰期用電負荷向谷期轉移，在電力上削峰填谷，或將白天太陽能光伏電熱能量向夜晚轉移，緩解能量的供求矛盾,是國家用電政策“電力需求側管理”鼓勵節(jié)約用電和多種能源復合利用的有效方法。

 （4）減輕建筑物的承載負荷，降低建筑造價。

（5）在電熱水器中結合變功率電熱器，可以快速集熱儲熱，也可快速輸熱，達到小儲罐高儲能。

（6）相變蓄熱原理示意圖：

（7）蕪湖科華無機相變蓄能材料技術參數表

          3.6 鑒于自控溫電熱帶具有交直流、變功率、寬電壓、開關記憶特性及節(jié)能、安全、使用壽命長等特點，相變材料擁有蓄熱（冷）能力強的優(yōu)點，將二者有機結合起來在“光伏利用”領域內進行非蓄電、非逆變變功率積累性電熱轉換與積累性潛熱儲存，既解決了太陽能分布式電源發(fā)電非蓄電非逆變光伏變功率電力直接利用問題，又大大提高了低谷電的利用率。該法極具發(fā)展?jié)摿?，并全面推動太陽能、風能離網發(fā)電的創(chuàng)新性發(fā)展。傳統(tǒng)單一能源的利用方式被可再生能源與網電互補的復合多能源應用理念所取代將成為一種必然趨勢。

3.7 相關技術論文。（詳見科華網站“技術咨詢”）

四、太陽光伏變功率蓄能熱水器及熱水系統(tǒng)

4.1、背景材料

    太陽能熱水器和太陽熱水系統(tǒng)，是太陽能熱利用的產物。目前太陽熱水器有悶曬式熱水器、全玻璃真空集熱管熱水器、玻璃金屬封裝的熱管式熱水器、平板式熱水器等多種形式；與之對應的熱水系統(tǒng)有集熱管式熱水系統(tǒng)、熱管式熱水系統(tǒng)以及平板式熱水系統(tǒng)。

    熱水器的基本構成部件是太陽能集熱部件和儲熱水箱：按集熱部件和儲熱水箱的結合方式熱水器可以分為緊湊式和分離式；按儲熱水箱是否與大氣連通熱水器可以分為承壓式和非承壓式；按儲熱水箱中熱水的得熱方式可以分為直接式和間接式；按熱水的出水方式可以分為落水式、頂水式及增壓泵式。

太陽熱水系統(tǒng)主要由太陽集熱系統(tǒng)和熱水供應系統(tǒng)構成，主要包括太陽集熱器、儲熱水箱、循環(huán)管道、支架、控制系統(tǒng)、熱交換器和水泵等設備和附件。集熱系統(tǒng)與儲熱水箱換熱方式，可分為：直接式熱水系統(tǒng)（一次循環(huán)系統(tǒng)）和間接式熱水系統(tǒng)（也稱二次循環(huán)系統(tǒng)）。直接式系統(tǒng)又可以細分為：直流系統(tǒng)、自然循環(huán)系統(tǒng)和強制循環(huán)系統(tǒng)。按集熱器中工質是否承壓可分為：開式集熱熱水系統(tǒng)和閉式集熱熱水系統(tǒng)。按有無輔助熱源分類，可分為：有輔助熱源熱水系統(tǒng)和無輔助熱源熱水系統(tǒng)。有輔助熱源熱水系統(tǒng)根據加熱方式的不同又可以細分為：內置式直接加熱方式、內置盤管換熱器加熱方式、外置換熱器加熱方式、外部輔助熱源直接加熱方式、間歇式供熱水系統(tǒng)、連續(xù)式供熱水系統(tǒng)。目前太陽能熱水系統(tǒng)的分類還比較亂，沒有統(tǒng)一的標準。

4.2、存在問題

 4.2.1、太陽能熱水器

4.2.1.1 產品分類系統(tǒng)分類頻繁，十分混亂，無法統(tǒng)一標準，結構越來越復雜。

4.2.1.2 管路系統(tǒng)控制系統(tǒng)十分復雜。

4.2.1.3 產品配件和輔件繁多。

4.2.1.4 故障多、事故多，特別是偽劣非標伴熱帶加之誤用給進出水管路防凍、抗凍、化凍帶來的火災惡性事故無法避免，所謂“水漫金山，火燒連營”。

4.2.1.5 集熱、輸送、儲水、使用四方面熱能不穩(wěn)定，熱損失較大。

4.2.1.6 太陽熱水器，應稱之謂太陽光熱電熱水器，由于存在“集熱、輸送、儲存、使用四個不穩(wěn)定”，為了達到全天候使用，也還是使用輔助電熱。實質是太陽光熱電熱水器，但又未能嚴格做到現(xiàn)有電熱水器的安全要求和能效，也只是輔助電熱，預熱溫度為≤40℃，再補充太陽能光熱。熱能中間傳輸和存儲，能耗損失較大，使用能效≤50%，甚至更低。

4.2.1.7 太陽光熱利用熱水器，由于集熱器的熱交換是通過水流動進行，故無法在高寒嚴寒地區(qū)設置。

4.2.1.8 無法與建筑結合，即使平板太陽能熱水系統(tǒng)也因集熱器需與儲罐進行二次循環(huán)換熱及室外大儲罐和繁雜的管路系統(tǒng)，無法與建筑進行緊湊、美觀、有效和諧的結合，更無法滿足所有用戶的需求。

  4.2.2、電熱水器，目前國內外電熱水器存在的問題主要是：

    4.2.2.1 沒有時序設置控制，沒有潛熱儲能裝置，因此僅靠水來儲能，無法做到全周期利用低谷電宏觀節(jié)電個人節(jié)費的功能。

    4.2.2.2 無法采用安全電壓，也還是存在一定的高電壓安全隱患。

4.2.2.3 受到階梯電價的限量約束。

4.2.4 無電地區(qū)無法使用電熱水器。

4.3、太陽光伏變功率蓄能熱水器

分布式電源是近年來興起并且是國家大力推行的項目之一，采用小型設備向用戶就近提供能源的新的利用方式和設施。一種分布式、非蓄電、非逆變光伏電或風電裝置所產生的可變電源，工作電壓可以根據光伏電池板的串并聯(lián)組合條件或風力發(fā)電機的大小進行匹配系列化并輔以市電互補，可以是安全電壓也可以是通用電壓。形成雙電源用戶，通過電熱終端進行交直流切換控制形成交直流兩用，共用同一變功率電熱器件進行連接，也可以交直流分別用于不同的恒功率和變功率加熱器進行互補，簡化控制系統(tǒng)，形成分布式變功率電熱系統(tǒng)。它完全區(qū)別于太陽能熱利用，而是一種全新的可再生能源電熱利用方式。

4.3.1 太陽光伏變功率蓄能電熱水器簡稱“太陽光伏熱水器”，是具有交直流雙電源、變功率與恒功率互補電熱、相變潛熱與水顯熱蓄能成一體的一種新型太陽能熱水器，主要特點如下：

電源：以太陽能電池板所發(fā)變功率光伏電無需經蓄和逆變過程，而直接將光伏電供變功率加熱器進行電熱轉化，對儲罐水進行加熱，直至水溫升至90℃時斷電控溫，否則只要有太陽光即進行電熱轉化。當陰雨天、夜晚輔以低谷電（垃圾電，半價）進行互補，特殊情況快速大量重復用水也可以轉變?yōu)榻涣麟姛崴鳎瑵M足供熱需求。

相變蓄能儲水罐：承壓式搪瓷或不銹鋼生態(tài)水箱，硬質聚氨酯發(fā)泡保溫，10-80L，容量系列化，滿足個性化要求設置在室內。罐內設置相變蓄能器和變功率恒功率加熱器，快速儲熱，快速散熱，小儲罐大儲熱（2-3倍同容量儲熱），雙電全停，罐內水溫蓄熱可維持5-7天。

電加熱器：罐內設置交流恒功率加熱器一只，直流變功率蓄能電加熱器一只，分別供交流和光伏可變直流電使用，直流電壓可以是110V或220V，也可以應客戶要求變更為采用安全電壓，交流供電電壓為220V。中間熱能輸送；

    4.3.2 控制器：

    4.3.2.1交流單路時序編程智能控制，溫度顯示。雙路分別有溫度獨立控制，互補而互不干擾；

    4.3.2.2交流智能或手動控制，滿足特殊情況的應急用水的快速大量重復需求：

    ①  頂水式用水，一開就有熱水；

    ②  無中間熱能輸送；

    ③  室外無進出水管，故無需做防化凍堵措施；

       ④ 可以直接冷熱水混水調溫，也可以供冷熱混合龍頭用水。

       4.3.3 工作模式：

       4.3.3.1以太陽能光伏電為主，交流低谷電互補；

       4.3.3.2交流電單路時序編程，溫度顯示，溫度獨立控制；

       4.3.3.3光伏電非蓄電、非逆變直供電熱工作顯示，溫度獨立控制；

       4.3.3.4手動雙電源同時分別供電，互不干擾；

4.4 太陽光伏高效非逆變全直流空調機空調系統(tǒng)

        4.4.1 直流電的兩電極極性是固定不變的，電流只有一個流向，根本無頻可言。目前市場上全直流變頻空調實際上是直流調速空調，它所采用的直流調速技術要遠遠優(yōu)于調頻技術。直流調速電機的轉子是永磁的，又省卻了三相交流異步電機轉子電流消耗。所以它從電網電源到電動機這一段的電效率要比調頻調速方式高，節(jié)省了一定的能量。節(jié)不節(jié)能主要取決于制冷系統(tǒng)的設計與配置，視其系統(tǒng)制冷系數的大小而定，空調效能比一般在2.6-2.9，極少為3.0。 

       4.4.2 當夏季太陽能輻照強度較大，制冷已成主要矛盾，而生活熱水能耗較小，故富余光伏供電能力轉向蓄電高效非逆變全直流制冷空調。上述市場上的全直流空調器或空調系統(tǒng)經增設交直流切換控制裝置即可（這需要驗證配置，由專業(yè)服務完成）。

五、變功率蓄能地面輻射供暖

5.1 是通過建筑與生活設施用自限溫加熱帶與建筑結構層或相變儲能器材敷設于面層與隔熱層之間形成儲能地面。交直流兩用，太陽光伏電、非蓄電、非逆變直接供電與市電（低谷期）互補。

（1）該地面在低溫升溫時以設計功率的1.5-2倍功率快速升溫并可隨地面升溫過程中自限溫加熱電纜輸出功率無級快速下降，因此以米功率20-30W/m時，每平方米僅需5米左右，分布較疏，而不會產生局部過熱地面。當地面溫度達到≤30℃時，加熱電纜的輸出功率接近于設計功率的50%，并無級自調自補償，當覆蓋地毯等地面覆蓋物時，地面也不會出現(xiàn)過熱，能自動限溫保護。因此該地面安全、舒適、耐用、恒溫。

（2）當采用低谷用電、非低谷期停電供暖方式時，將夜間室溫控制在22-25℃時停電，同時蓄能地面滿足蓄能條件即可。由于該地面內設置一定數量的高效儲能材料和地面結構層或找平填充層輔助自動恒溫儲能，實現(xiàn)100%谷期用電，非谷期完全中斷負荷，釋放熱能，以提供供暖所需能量，并通過計算機網絡控制結合行為節(jié)能，形成個性化需求的供熱和智能控制多功能系統(tǒng)。

5.2 復合儲能蓄熱地面多功能體（也可以制作相變潛熱儲能變功率散熱器），利用計算機軟件編制行為節(jié)能理想程序進行網絡化集中控制，無需再建熱電廠和敷設輸送管道，免維護、省時、節(jié)約投資，減少了熱電廠和輸送管道日常的維護成本，滿足現(xiàn)時城鄉(xiāng)發(fā)展速度，特別是給無集中供熱條件的新區(qū)開發(fā)、農村城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，提供了一條綜合配套設施可行性方案。

5.3 計算機網絡控制系統(tǒng)

5.3.1計算機網絡控制系統(tǒng)能夠對太陽光伏非蓄電非逆變及谷期用電、地面輻射供暖質量、用電負荷特性、儲放熱隨環(huán)境溫度及時間變化特性，用電行為實現(xiàn)集中智能控制，通過“供暖網站、采暖服務器、網絡控制器、數據交互機、室內外溫度控制器、自限溫蓄熱地面終端”形成該智能控制系統(tǒng)。

5.3.2系統(tǒng)原理方框圖：

    5.3.3計算機網絡控制主要功能：

（1）授權許可申請功能；（2）報表統(tǒng)計及分析功能；（3）數據存儲、備份功能；

（4）遠程監(jiān)視功能；（5）入網校驗功能；（6）操作歷史記錄功能。

5.3.4計算機系統(tǒng)軟件功能技術要求：

5.3.4.1 使用配置有CPU處理器和儲存系統(tǒng)的設備使智能判斷得以實現(xiàn)，能通過戶外溫度、地面溫度、變壓器負載情況、溫度異常變化等情況智能判斷，使最需要取暖的地方立即可以變暖，使溫度精確控制，使電能的利用達到最佳合理化。

5.3.4.2 能在變壓器負荷滿載時釋放部分壓力，實現(xiàn)變壓器負載自動調配。

5.3.4.3 設立取暖優(yōu)先級制度，實現(xiàn)用戶信息儲存化、供熱信息數據化，能與企業(yè)管理建立erp系統(tǒng)化，使供暖系統(tǒng)模塊化。

5.3.5計算機系統(tǒng)溫度控制技術要求：

5.3.5.1 采用控制器采用集中控制弱電系統(tǒng)，分戶控制強電系統(tǒng)（強弱電分離體系）的網狀對應關系，并且一個戶式控制器設計為對應一戶的最終末端控制單位。

5.3.5.2 控制器應配有CPU處理器、儲存系統(tǒng)、功能按鍵和顯示屏，可組合實現(xiàn)溫控器體系所不具備的智能系統(tǒng)。

5.3.5.3 控制器能使溫控器的功能與該戶二級配電箱的作用進行整合，成為了一個控制設備。

5.3.5.4 控制器應在安裝、維修、調試、升級等方面采用便捷簡單原則。

5.3.5.5 控制器一般安裝于戶外，使室內再無任何明裝的強電設備和接線安裝漏洞。

5.4 儲能溫控設備及技術要求

5.4.1 蓄熱地面采暖系統(tǒng)用的溫度控制裝置

普通采暖系統(tǒng)的溫度控制，是通過對當前的溫度和目標溫度（設定溫度）進行比較，當前溫度較低的情況下進行通電加熱，當前溫度較高的時候停止通電加熱，從而把溫度保持在一定的程度，即時對溫度進行控制。而蓄熱地面采暖系統(tǒng)的溫度控制，雖然基本上也是采用地面溫度控制，但控制的過程卻完全不同。在蓄熱地面采暖系統(tǒng)中，利用谷期電進行通電加熱，并將熱量存儲起來，等到白天需要采暖系統(tǒng)運行的時候，通過已經存儲了熱量的地面自身的自然放熱來進行采暖。因此，在白天沒有溫度控制的方法，無法進行即時溫度控制。

在蓄熱地面采暖系統(tǒng)的溫度控制中，為了第二天的采暖，前一夜就必須準備好蓄熱溫度等條件，開始蓄熱，并且在第二天早上完成蓄熱。為了順利地進行采暖，至少要提前預測第二天的寒冷程度，從而決定通電條件。目前的蓄熱地面采暖系統(tǒng)的溫度控制，已經能夠預測第二天的寒冷程度，或根據當天的寒冷程度，通過一個比較適當的溫度來進行蓄熱，從而順利的進行采暖。

5.4.2 自限溫加熱電纜蓄熱地面采暖用的是溫度控制方式。

    5.4.2.1普通控制

在采暖系統(tǒng)設計中，首先要計算地面采暖系統(tǒng)所必需的蓄熱體（地面混凝土或者潛熱蓄熱材料）溫度，以此作為蓄熱目標溫度來進行運轉。運轉方式是在深夜谷期電力供給開始的同時開始通電，當到達蓄熱目標溫度后，直至谷期電力供給停止的時刻，在這段時間內要通過溫度調節(jié)來維持溫度。

這種溫度控制方式只有在蓄熱目標溫度不變的時候才能維持一定的溫度蓄熱，隨著氣候的變化，采暖效果也會發(fā)生改變。因此，這種方式適用于不易受到外氣溫度影響的房間，例如，具有較厚混凝土墻壁的RC構造的建筑，沒有外墻面的房間，房間面積較大、外墻面所占比例較小的房間等。目前，隨著下面將要闡述的寒冷程度預測控制和必需量蓄熱控制的普及，與其相應的谷期電力優(yōu)惠政策的實施，這兩種方式將要逐步取代普通控制，成為蓄熱地面采暖系統(tǒng)的主要溫度控制方式。

5.4.2.2根據外氣溫度進行的寒冷程度預測控制

分戶智能或計算機集中采暖的必需熱量在很大程度上是依賴外氣溫度的，外氣溫度有3種類型的變化，作為采暖設備，必須要采取有效的應對措施：1）早、中、晚的時間變化引起的變化；2）天氣變化導致的日單位的變化；3）季節(jié)變化導致的周、月單位的變化。

時間變化引起的變化，對于為熱容量較大的房間以一天為周期進行采暖的蓄熱地板采暖系統(tǒng)來說，沒有什么特別的問題，不過，從一個星期、一個月的較長間隔來看，從秋季到嚴冬，再到春季，隨著天氣逐漸變冷，又漸漸變暖的季節(jié)變化。

這種采暖的季節(jié)變化，蓄熱地面采暖系統(tǒng)所采取的對應措施，就是溫度控制的方式，對外氣溫度進行處理，判斷當前的寒冷程度，自動修改蓄熱目標溫度，來實施蓄熱通電。這種溫度控制方法中，蓄熱目標溫度是隨著寒冷程度的變化而變化的。

在這種調節(jié)裝置中，控制裝置自身可以檢測出蓄熱體在蓄熱時的溫度上升速度，計算出要達到蓄熱目標溫度所必需的通電時間，為了達到目標溫度，通過推遲通電開始的時間來進行通電控制運轉。從而達到100%谷期用電，非谷期中斷負荷供暖。這種溫度控制的過程如圖4.3所示。

         以上圖中所示的是潛熱蓄熱地面采暖系統(tǒng)中的情形。即使延長蓄熱時間，溫度也幾乎不會發(fā)生變化。在用于顯熱地面采暖系統(tǒng)的情況下，采暖持續(xù)時間是由蓄熱溫度決定的，因此可以通過調節(jié)通電開始時間，改變蓄熱溫度。

    5.5 復合儲能地面的結構設計方案圖示

注：詳情見“自限溫加熱電纜蓄能地面供暖系統(tǒng)應用技術規(guī)程”

 六、300m2別墅為例解析。（供參考）

供暖熱負荷：30W/m2（建筑面積）

配套晶體硅太陽能電池組件：30×1.5=45W/m2

300m2供暖 9kW/300m2配套晶體硅太陽能電池組件13.5kW，單塊組件峰值功率285W，共計48塊晶體硅太陽能電池組件。

如果采用立柱式光伏追日跟蹤儀支架（可以最大程度的采集到太陽光輻射，增加晶體硅太陽能電池組件的發(fā)電效果，可以設置成每套支架由16塊組件組成，計3套即可，每套支架峰值功率為4.56kW。

①  由于13.5kW冬季用于供暖采用潛顯熱蓄能，陰雨天結合低谷電互補即可，有太陽時，白天供熱蓄熱，夜用熱能不夠時低谷電補充；

②  生活熱水采用非蓄電非逆變光伏變功率蓄能熱水器6臺，四季供生活熱水，每臺電熱水器500W左右即可。由于承壓式直供熱水，低谷電互補熱水器容量為20、40、80L，總容量200-300L左右。照明亮化全部采用直流LED節(jié)能光源配置500～1000AH蓄電池即可（根據業(yè)主實際使用需求配置）。

③  根據前面闡述的設計配置，光伏電池板所產生的電能根據冬夏供暖、制冷、四季生活熱水、亮化照明靈活充分應用。

投資成本核算：

①    地面供暖變功率發(fā)熱電纜及施工費用：300m2×150元/m2=4.5萬元

②    晶體硅太陽能組件及追日跟蹤儀（或支架）：30×1.5×300×5元/W=6.75元

③    照明+蓄電池： 1.5萬元

④    熱水器：6×2000元/臺=1.2萬元

⑤    全直流空調：6×4000元/臺=2.4萬元

⑥    控制系統(tǒng)：1.8萬元

三項預計總投資計 4.5+6.75+1.5+1.2+2.4+1.8=18.15萬元，合計總投資18.15萬元整。

如果能申請立項獲得國家補貼，7元/瓦，則補貼款為13500×7=9.45萬元，實際投入為8.7萬元整。

13.5kW晶體硅太陽能組件10年發(fā)電量為172463kW,例如現(xiàn)時居民用電均價0.57元/kW，10年則節(jié)約電費9.83萬元（電價在未來肯定是呈上漲趨勢），根據晶體硅太陽能組件的使用壽命≥20年計算，則可節(jié)約電費19.66萬元。

在未來根據業(yè)主對光伏電能的使用情況和國家的分布式光伏發(fā)電的政策，只需另外添加一臺逆變器就可以將多余的電能通過側并網的方式賣給國家。

節(jié)能減排效果：

13.5kW晶體硅太陽能組件年供電量約為172463kW（以年平均光照時間較短地區(qū)為例），年節(jié)約用標準煤5.7525噸，減少CO₂排放量15071.55kg,SO₂排放量48.9 kg，氮氧化物排放量42.57 kg。

七、合作應用開發(fā)

變功率蓄能供熱，“蕪湖科華”歷經長達15年的應用研究，獲十幾項國家專利，其中6項發(fā)明專利。其核心技術榮獲國家科學技術進步獎及多項省市科技成果獎。

近兩年的太陽光伏、非蓄電非逆變變功率蓄能供熱系統(tǒng)，特別是其中的地面輻射供暖項目每年以100余萬平米的安裝量在增長。“光伏電熱”應用現(xiàn)又已申報三項發(fā)明專利，其核心變功率電熱產品已分別先后由國家能源局、國家工信部分別立項，形成2項行業(yè)標準，1項省地方標準，另應用規(guī)程形成1項省地方標準，本項目“分布式變功率蓄能供熱應用技術規(guī)程的行標已獲立項批準”。

為了盡快地推動社會經濟發(fā)展，加快向“資源節(jié)約型”、“環(huán)境友好型”的經濟發(fā)展方式轉變，遵循“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃。我們在這里向同行或有識之士發(fā)出戰(zhàn)略聯(lián)合倡議，加快應用開發(fā)合作。聯(lián)合體內蕪湖科華放棄知識產權的有償利用，大家共同攜手，開拓創(chuàng)新，積極進取。以高度的緊迫感和強烈的責任感來做好可再生能源、新型環(huán)境材料、新型功能材料等綜合集成應用工作，為行業(yè)的健康發(fā)展、為人民謀幸福，作出重大貢獻！（咨詢聯(lián)系電話：13605530998；電郵：ccj0998@163.com）

標準信息

“太陽能熱利用自限溫電熱帶”行業(yè)標準經國家能源局立項，“蕪湖科華”作為該標準第一起草單位，現(xiàn)已批準并已進入出版社印刷即將出版，該標準號為NB/T32003-2012。

“建筑與生活設施用自限溫電加熱帶”行業(yè)標準經國家經信委立項，“蕪湖科華”作為該標準第一起草單位，報審稿近日于北京已通過30多位全國各地知名專家組成審查委員會的評審。

山西省工程建設地方標準DB J04/T291-2012自限溫加熱電纜蓄能地面輻射供暖技術規(guī)程，于2012-05-22發(fā)布，同年8月1日實施。

安徽省地方標準，地面輻射供暖、建筑與生活設施用自限溫加熱帶DB 34/T1561-2011產品標準于2011-12-16發(fā)布，2012-01-16實施。

上述多項標準，皆由蕪湖科華公司或蕪湖科華公司董事長作為第一起草單位或個人，填補我國變功率產品長期在專用領域內無標準可循的被動局面，即將為我國在可再生能源的利用，建筑及生活設施等領域內應用規(guī)范提供了標準化依據，為節(jié)能減排、生態(tài)健康居住及工作環(huán)境的發(fā)展掃清障礙；為實施國家“十二五”能源規(guī)劃，國家電力需求側管理通知提供了可行條件。