24  基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术

　　一、技术名称：基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术 

　　二、技术类别：零碳技术

　　三、所属领域及适用范围：可再生能源太阳能供热 

　　四、该技术应用现状及产业化情况

　　近年来，为防治大气污染，我国大力推进散煤治理，以保障北方地 区冬季清洁取暖为重点，多措并举、稳步推进“煤改气”“煤改电”工作， 并取得了明显的大气治理效果。但由于缺乏经济可行性，因取暖成本 高而导致各地“返煤”现象频发。基于物联网控制的储能式多能互补高 效清洁供热技术，是一种利用太阳能和热泵实现“阶梯”供热的技术，不仅可满足各类供热需求，而且借助太阳能和储能设施大幅降低传统 能源消耗，实现清洁供暖。该技术具有热利用效率高、安全系数高、稳定性和持续性强、耗能低、用电成本少等优点，并且具有较好的经济和 环境效益。目前，该技术已在北京、山西、河北、内蒙等地 30 多个清 洁供暖项目上推广应用，累计供热面积达到 100 万 m2，应用效果良好。 

　　五、技术内容

　　1.技术原理 

      该技术是一种以太阳能为主热源，以热泵为辅助热源，耦合储热装置，适用于各类地区供暖系统的供热技术。该技术通过高效抗冻真 空聚能太阳能集热器把太阳能转换成热能并储存在储能装置内，采用 智能控制、远程控制、远程诊断等物联网技术，将热能通过管网输送到 用热末端，可供冬季采暖、夏季制冷、全年生活用热水。此外，该技术通 过 工 艺技术集成和生产过程优化，降低了用电成本，综合能效比（COP）最高可达12.77，具有良好的经济和社会效益。

　　2.关键技术

　　（1）高效抗冻真空聚能太阳能集热器制造技术 

       集热管具有吸热比高、发射比低等特点，可有效收集多种波段太阳光的热量，并能大幅度提高光热转换效率到67%以上。

　　（2）高效相变储能材料应用技术 

       该材料相变温度为35℃~70℃，相变潜热620kJ/L，具有良好的热传导性（617W/m.k）和稳定蓄放热性能，长期使用无衰减。

　　（3）太阳能自动回流储存技术 

       通过智能软件控制策略，将集热器及室外管道的热水按照时间段和温度两个维度进行自动回流到储热装置，解决了传统技术的太阳能 不能储存，白天收集、夜晚散失的瓶颈问题。

　　（4）多能互补系统耦合技术 

       除可以采用热泵为辅助热源外，还可以因地制宜选择生物质锅炉、天然气锅炉、管道壁挂炉等作为辅助热源。

　　（5）智能物联网大数据管理服务平台应用技术 

      构建智能物联网大数据管理服务平台系统，包括用户侧设备本地自动化控制、远程监控监测及在线预警、能耗评估诊断系统3个子系统 平台。

　　3.工艺流程 

       基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术工艺流程见图1。

　　图 1.  基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术工艺流程

　　六、主要技术指标

　　1.当太阳辐照量 HLa≥17.0MJ/m2 时 室外平均温度在-30℃≤ta≤-15℃之间，COP≥9.0; 室外平均温度在-15℃＜ta≤15℃之间，COP≥12.0；

　　2.节电率 75%～90%以上（纯电供热对比）；

　　3.单位面积日均耗电量 0.069kWh/（m2.d）～0.16kWh/（m2.d）。

　　七、技术鉴定及获奖情况

　　该技术已经获得国家发明专利 4 项，实用新型专利 15 项。2019 年 入选工信部《国家工业节能技术装备推荐目录（2019）》，并入选住建部《工业化建筑标准化部品与构建产品信息咨询单位（2019）》；2020 年4 月，通过中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定。

　　八、典型用户及投资效益

　　典型用户：山西省阳曲县北小店乡政府、山西阳曲县杨兴乡政府

　　典型案例 1

　　案例名称：山西省阳曲县北小店乡政府供热改造项目 建设规模：2100m2 建筑面积供暖。建设条件：老旧建筑办公楼无外墙 保温；年辐射总量每年  4200MJ/m2 以上。主要建设内容：替代0.7MW 电锅炉对 2100m2 建筑进行供热，采暖季室内温度保持在 18℃～24℃之间。主要设备：真空集热器、PLC 智控远程系统（包括传感器 系统）、组合式储能装置、超低温空气源热泵、应急备用电锅炉、管路 系统及附件、膨胀罐、散热（冷）末端、排气管口、循环及驱动泵、水 流控制阀等。项目总投资 115.5 万元，建设期为 1 个月；年碳减排量270tCO2/a，碳减排成本为 210~230 元/tCO2。年经济效益 28.5 万元，投 资回收期为 2.5 年。

　　典型案例 2

　　案例名称：山西阳曲县杨兴乡供暖改造项目

　　建设规模：1900m2 建筑面积供暖；建设条件：老旧建筑办公楼有 外墙保温；年辐射总量每年 4200MJ/m2 以上；主要建设内容：对 1000m2 的三层砖混结构政府办公楼和 900m2 的职工宿舍进行供暖，保证库房、 卫生间温度保持在 14℃~16℃，其余室内温度保持在 18℃左右恒温； 主要设备：真空集热器、PLC 智控远程系统（包括传感器系统）、组合 式储能装置、超低温空气源热泵、电锅炉、管路、泵与阀等。项目总投 资 104.5 万元，建设期为 1 个月。年碳减排量 240tCO2/a，碳减排成本 为 210~230 元/tCO2。年经济效益 25.8 万元，投资回收期为 2.5 年。

        九、推广前景和减排潜力

       预计未来 5 年，该技术在清洁供暖领域的推广应用比例将达到 30%，总供暖面积约 3000 万 m2，项目总投资 90 亿元，可形成的年碳减排能力为 190 万 tCO2。

由武汉节能协会办公室整理