馮艷

摘要：太陽能供暖具有很好的發(fā)展前景，但是由于其不穩(wěn)定需要和其他能源聯合供熱，將其稱之為多能互補供熱，該文總結了國內外多能互補供熱的研究現狀，進一步查找了關于供熱系統優(yōu)劣性的評價方法，指出了該評價方法存在的問題，提出了多能互補供熱模糊綜合評價模型，為實際應用提供了可靠的手段。

關鍵詞：多能互補供熱;研究現狀;評價方法;模糊綜合評判模型

引言

進入新世紀以來，全球生產和繁榮的增長促使能源需求保持增長，其中各國對于建筑能耗的需求逐漸上升。這直接帶來了資源枯竭，環(huán)境污染等問題。太陽能以數量巨大，不用運輸，不污染環(huán)境和毫無危險等優(yōu)點引起了科研人員的關注。但是因為太陽能能源密度低，強度易受季節(jié)、氣候、地點等因素的影響，具有不穩(wěn)定性。所以，要保證太陽能系統穩(wěn)定的運行，必須和其他能源的加熱設備聯合使用，這種加熱設備稱為“輔助熱源”，其作用是當太陽能供應量不足時，作為太陽能系統的能量補充，滿足系統的能量需求。所以，太陽能供熱系統準確的說應該是“太陽能+”供熱系統，即多能互補供熱系統。

1 多能互補系統國內外研究現狀

太陽能供熱采暖系統是由集熱器，儲水箱，連接管道，輔助熱源，控制系統，末端裝置等構成。其作用是將能量密度低的太陽能通過集熱器轉化為熱水，儲存在水箱，然后通過連接管道將熱水輸送到末端裝置。如若太陽能提供的能量不足，可用輔助熱源進行輔助來達到用戶的供熱要求。

國外對太陽能的利用的研究比較早。在兩次世界大戰(zhàn)之后，不可再生能源急劇減少，許多研究學者對可再生能源引起了關注。早在1950年美國麻省理工學院就舉行了關于利用太陽能采暖的學術會議，會議上研究人員發(fā)表了許多看法。丹麥工業(yè)大學的Andersen等人[1]對丹麥太陽能聯合系統在單戶住宅的熱性能進行了研究，分別對兩種系統的熱性能進行了測試，這兩種系統都帶有儲罐和太陽能集熱器，只是大小有所不同，發(fā)現太陽復合系統通過在儲罐中維持高溫分層，保持輔助加熱體積盡可能的小，保持輔助溫度體積越小越好，確保油箱完好無損絕緣可以使得太陽能組合系統可以得到顯著改善。Hassanien[2]研究使用真空管太陽能集熱器作為太陽能熱水器輔助的性能和可行性，并進行了計算，結果顯示內部空氣溫度在加熱的溫室超過未加熱（對照）溫室內的溫度2℃-3℃，而濕度降低了10%。此外，太陽能集熱器的熱效率和投資回收期分別為0.49和4.1年?？傊?，這種整合可以提供超過35%的溫室所需的總熱量。Vikas Verma;K. Murugesan等人[3]為了解在印度冬季氣候條件下從早到晚連續(xù)8小時操作的空間加熱期間的性能變化進行了太陽能輔助地源熱泵系統的實驗研究。M. Jradi;C. Veje;B.N.J?rgensen[4]分析和評估了太陽能地下土壤熱能儲存系統和熱電聯產系統的性能。發(fā)現整體而言系統加熱系數性能約為4.76，對于獨立光伏系統，PV-ASHP組合系統為19.1%，組合為22.2%，PV-ASHP系統采用季節(jié)性地下熱能儲存塊。Gerhard Faninger[5]為了找到一種解決方案來克服奧地利太陽能供應和能源需求之間的不匹配，提出了太陽能 - 生物質加熱系統，該系統既有單獨的系統供熱，也有區(qū)域供熱。來自森林的木柴，樹皮和木屑形式的生物燃料來源以及來自木材加工業(yè)的殘余物是當地可用的太陽能“天然儲存”的明顯形式，其可以再次儲存，運輸和生長。因此，生物質是太陽能季節(jié)性儲存的最佳形式，也是太陽能加熱系統的有吸引力的輔助燃料。M. Jradi*;S.Riffat等人[6]基于ORC的混合微型CHP系統的創(chuàng)新設計提出使用生物質鍋爐和太陽能濃縮器來運行CHP系統，與傳統的天然氣驅動裝置相比，提供更可靠的操作。A.Al-Salaymeh;I.Al-Rawabdeh;S.Emrand等人[7]通過調查發(fā)現在約旦鍋爐-太陽能集成系統的市場需求就系統是可以接受的，并且關于鍋爐和太陽能集成系統的經濟研究表明，使用太陽能熱水器加熱空間和生活用水具有成本效益。投資回收期可低至3年，公用事業(yè)費用遠低于使用傳統供暖系統的水電費，在約旦已經進行了鍋爐-太陽能-電氣集成系統原型的初步設計和設計。

目前來看太陽能提供采暖和生活熱水的技術已經相當成熟，但是太陽能和多種能源聯合供暖的研究還需要繼續(xù)。

多能互補的熱泵系統試驗臺，還對甘肅一新農村住宅冬季太陽能聯合燃煤鍋爐供暖進行了現場測試，得出了多能互補供暖運行模式有其合理性。北京建筑大學劉芳等人[12]以北京市某農宅為研究對象，設計了燃氣壁掛爐輔助太陽能地板輻射采暖系統，通過運行測試發(fā)現此系統在測試期間節(jié)省了能耗減少了排放量。王博淵等[13]開發(fā)一種基于太陽能的多能源互補供熱裝置，通過模擬實測分析發(fā)現，采用該開發(fā)裝置系統的有用得熱量提升75%，太陽能保證率由10%～20% 提升至41. 2%，若集熱器面積增加一倍，系統的太陽能保證率可達70%。鄭汝奎等人[14]對太陽能-空氣能復合系統進行了供暖性能分析，得出了該復合系統運行費用較低，節(jié)能性較好的結論。

國內近幾年建成的太陽能供熱、采暖發(fā)展較快，建成了許多采暖試點工程，其中具有代表性的三個示范工程為北京清華陽光能源開發(fā)有限責任公司辦公樓，北京新農村建設太陽能供熱采暖示范村，建研科技園太陽能供熱采暖示范工程。

—設備熱效率，取0.65;—年總節(jié)約能量，MJ/年;n—系統壽命，年;W—標準煤熱值，29.308MJ/kg;

對于能耗損失，則需要計算各能源的消耗量。

目前常用的評價都是基于公式單獨計算的，沒有綜合的分析結果。

2 模糊層次綜合評判法在多能互補供熱系統評估中的應用

多能互補供熱系統是一個復雜的供熱系統，受很多因素的影響。目前的評價方法對于整個系統的運行狀況的預測有限。本文通過建立比較全面的多因素指標體系，運用模糊綜合分析法，從多方面因素出發(fā)分析了多能互補系統的運行評價方法。

2.1建立評價指標體系

根據模糊數學原理及應用，對整個多能互補系統的綜合效益評價因素進行鑒別，建立多能互補系統綜合效益評判因素集合，主要評判因素為經濟，能耗，環(huán)境，供熱特性四個部分。因此可知，所取的因素評判集為：

2.2建立評判集

多能互補系統綜合評價是該供熱系統優(yōu)劣的最終依據，綜合供熱特性，經濟，能耗，環(huán)境效益將多能互補供熱系統優(yōu)劣分為 3 個等級，構造的評價集為 V={}。

2.3確定因子權重

建好模型之后，需要對評價指標進行相應的權重分配，權重大小表示了評價指標的重要程度。確定權重大小的方法很多，有層次分析法、Delphi 法、專家估計法、加權平均法等，根據供熱系統的特性，本文選擇層次分析法來確定權重大小。先對一級指標分配相應的權重值，然后對二級指標進行權重分配，這一過程需要將二級指標與一級指標的隸屬關系考慮進去。

3結語

對多能互補供熱的研究已經很多，但是國內對大型的區(qū)域進行多能互補供熱的實際案例還比較少，對于這方面的評價都是基于單獨的評價指標進行計算，本文提出了多能互補模糊綜合評判方法，該方法結合了多種因素對多能互補供熱系統進行了綜合的評價，該過程中運用了各因素的相互比較關系建立了判斷矩陣，使得評判結果更加準確，這些優(yōu)點優(yōu)于傳統的單獨進行評價指標的計算，評價結果也更加符合實際情況。但是模糊綜合評價結果依賴于合理的評價指標體系、評價指標因素、指標權重分配，這些部分是否選取合理對評價結果影響很大，需要進一步的優(yōu)化該模型。

參考文獻：

[1]?王丙林，陳楊楊，于偉鋒. 東北地區(qū)太陽能供暖的經濟和環(huán)境效益分析[J]. 綠色科技，2016（08）：126-128.

[2]?王梟飛，王天賜，雒智銘，王倩. 模糊層次綜合評判法在鍋爐供暖系統風險評估中的應用[J]. 中國特種設備安全. 2017，33（6）：28-32，37.

[3]?劉文劍，吳湘濱，張惠，丁國華. 模糊層次性綜合評判模型對越嶺隧道開挖和支護方式的選擇初探[J]. 中南公路工程. 2006，31（1）：18-23.

（作者單位：東北石油大學土木建筑工程學院）