CN108007704A - 一种可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法及所用测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种可再生能源‑燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法，以下述步骤进行：1、根据各供热单元连接方式及运行模式，设置温度、压力及流量测试点，并实现运行状态参数实时采集；2、确定适用于不同供热单元组合及运行模式下的多能互补供热系统性能测试点与测试参数；3、提出系统供热量的计算方法；4、提出用户得热量测试指标及计算方法；5、测试系统一次能源利用率；6、基于上述计算步骤和方法，计算得出多能互补供热系统的各测试指标。本发明集成了太阳能集热器、空气源热泵和燃气采暖热水炉三种供热单元，提出和定义了用于性能测试和效果评价的技术指标和计算方法，实现了对任意组合的多能互补供热系统的性能测试和技术评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种供热系统的测试方法，特别涉及一种可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统的性能测试方法及其所用测试装置。
背景技术
随着国家对可再生能源利用的日趋重视，出现了各种能源的应用形式，其中一个非常重要的趋势就是“从单一能源到多能源互补”。多能源组合既可以实现节能减排的目的，又可以互相弥补不同能源间的缺点，通过能源合理配置，提高居民绿色、舒适的生活品质。近几年，我国出现供暖需求和供暖现状的矛盾、环境保护与大气污染、化石能源枯竭与可再生能源稳定性之间的矛盾，为了化解这些矛盾，多种能源协同供热互补采暖必将成为国人关注的重点发展方向。
专利201210484797.8公开了一种热泵与燃气热水器组合的优化控制方法，其特征在于步骤为：用户通过输入模块输入当地电价和燃气价格，设定用水高峰时间t1、水温上限温度T3及水温下限温度T4；热泵系统实时检测并通过温度采集器采集到室外环境温度传感器T1和水箱温度传感器T2的温度；微处理器自动计算运行热泵系统所需总用电量以及最佳开启时间t2并根据运行热泵系统所需总用电量及当地电价计算所需用电总成本等；当水箱温度T2到达设定温度上限温度T3时，热泵系统停止运行；在热泵系统停止运行后，由于水箱自然散热或设定用水高峰时间前少量用水导致水箱温度T2降低到水箱设定温度下限温度T4时，热泵系统自动开启，直到达到水箱设定温度上限温度T3。热泵系统能在全天能效最高的时间段运行，节能效果更佳。专利201210578132.3公开了一种太阳能热水器及太阳能节能计量方法，通过结合承压水箱的特性和太阳能热水系统温升特征进行综合的检测，根据测试数据给用户一个从安装太阳能后的累计节能量，并将节能量换算为电量呈现出来。让消费者对使用太阳能的节能效果一目了然，从而提升了太阳能热水器的整机性能品质，增强了其市场竞争的能力。专利201310285123.X公开了一种燃气辅助式热泵系统及其控制方法，所述燃气辅助式热泵系统包括：水箱、热泵主机、换热盘管、燃气主机、供暖装置、第一切换装置、第二切换装置、第一温度检测装置、第二温度检测装置、第三温度检测装置以及控制器。热泵主机与水箱相连以对水箱内的水进行加热；供暖装置分别与换热盘管和燃气主机相连；第一切换装置和第二切换装置配合以形成第一循环环路、第二循环环路、第三循环环路；控制器根据第一至第三温度检测装置所检测得到的温度控制第一至第三循环环路中的其中一个导通和控制热泵主机和燃气主机的运行状态。根据本发明专利技术的燃气辅助式热泵系统能效高，燃气主机不仅可以起到提供热水的作用，还可以起到供暖的作用。专利201320205044.9公开了一种智能控制的太阳能、地热、燃气互补式供暖供热系统，包括水箱总成、太阳能集热总成、地源热泵总成、燃气采暖热水炉总成、供暖环路总成、控制总成、用水终端和遥控终端，所述控制总成的控制主板上设有用于接收和处理由遥控终端发出的无线网络信号的无线通讯模块。本实用新型采用太阳能、地热、燃气互补组合式热源，在一组热源发生故障时，不会影响正常的供暖供热需求，且可以互补使用以提高能源利用率，同时利用无线网络来实现远程智能化控制，操作更具实时性和人性化，避免能源浪费。专利201410641172.7提供的带预判计算功能的多能源复合热水系统控制方法，包括：1)利用系统计算一段时间内平均用热量Q；2)根据天气预报气温信息，对平均用热量Q予以修正，再根据修正后的平均用热量来配置储热水箱的补水量V和贮热温度T；3)根据天气预报信息，利用系统计算出太阳能热源系统的制热量Q太阳能，4)利用系统计算热泵运行时间，根据剩余热量Q剩余计算热泵所需加热时间t，并设定水温检测时间区间t1，热泵的启动时间为t1-t等。利用本发明提供的带预判计算功能的多热源复合热水系统控制方法，有效避免每天加热过多的水，减少浪费，提高热源运行效率，充分发挥各热源的优势，更加节能。专利201510070616.0公开了一种燃泵互补热水系统的控制方法，包括在热水用水状态下且当温度探头的温度检测值大于或等于设定用水温度时、在非热水用水状态下且当温度探头的温度检测值大于或等于设定用水温度时，如处于采暖工作时间段内且采暖房间温度控制器的温度检测值小于设定采暖温度，则控制采暖循环泵和热泵开启，如处于采暖工作时间段内且采暖房间温度控制器的温度检测值大于或等于设定采暖温度，则控制采暖循环泵关闭且控制热泵开启，如处于采暖工作时间段外，则控制采暖循环泵和热泵关闭。根据本发明实施例的燃泵互补热水系统的控制方法能够在保证采暖效果的情况下实现生活热水的及时供给，满足用户在各时间段的用水要求。专利201620031721.3公开了一种太阳能热泵热水器性能测试实验台，，包括依次串联的三个循环系统，第一循环系统是由太阳能集热器、蒸发器、冷水箱、第一水泵、第一平衡阀、第一流量计和第一单向阀依次串联组成一个完整循环系统；第二循环系统是由蒸发器、压缩机、冷凝器、贮液器、干燥器、电磁阀和热力膨胀阀依次串联组成一个完整循环系统；第三循环系统是由冷凝器、蓄热水箱、第二水泵、第二平衡阀、第二流量计和第二单向阀依次串联组成一个完整循环系统，以对比太阳能热泵热水器与太阳能热水器之间的性能，热水器出水口温度与流量之间的关系以及变流量直流式加热与循环式加热之间的对比。
针对以太阳能和/或空气能为可再生能源与燃气联供的多能互补独立供热系统的测试与评价技术，国内现有可参考的相关规范与标准主要集中在单一热源供热系统中，以及少量的两两联合供热系统。其中，有关太阳能热水系统，我国直接与其技术条件或工程建设相关的国家与行业规范和标准主要涉及太阳能热水系统基础标准、技术条件、性能评定规范、集热器、储水箱、辅助热源等方面，其中涉及性能评价的主要标准见表1。有关空气源热泵热水器，我国与其相关的标准可分为能效类标准，基础、方法、安全和要求类标准，主机产品类标准及部件类标准4大类；其中现行的产品性能检测参考标准主要有两份：《家用和类似用途热泵热水器》(GB/T23137-2008)和《商业或工业用及类似用途热泵热水器》(GB/T21362-2008)；而涉及能效评价的标准见表2，其中《热泵热水机(器)能效限定值及能效等级》(GB/T29541-2013)，标准以10kW为界，将产品分为两大产品段，即常温型和低温型两大类别，涵盖一次加热式、循环加热式、静态加热式3类，5个能效等级。针对燃气具热水系统，现行性能测试主要参照《燃气采暖热水炉》(GB 25034-2010)和《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》(GB 20665-2015)，其主要产品标准见表3。针对双热源系统，应用的产品标准主要有：《带辅助能源的家用太阳能热水系统热性能试验方法》(GB/T 25967-2010)，《家用空气源热泵辅助型太阳能热水系统技术条件》(GB/T 23889-2009)和《燃气热泵空调系统工程技术规程》(CJJ/T 216-2014)。已有标准对集成后的测试指标研究不足，多为单个热源的简单加和，无法真实反应热源间组合后的相互影响，且无完善的综合性测评指标。
表1 我国太阳能热水器主要产品规范与标准
| 标准号 | 标准名称 |
| GB 50495-2009 | 太阳能供热采暖工程技术规范 |
| GB/T 25966-2010 | 带电辅助能源的家用太阳能热水系统技术条件 |
| GB/T 50604-2010 | 民用建筑太阳能热水系统评价标准 |
| GB/T 6424-2007 | 平板型太阳能集热器 |
| GBT 17581-2007 | 真空管型太阳能集热器 |
| GB/T 23889-2009 | 家用空气源热泵辅助型太阳能热水系统技术条件 |
| GB/T 4271-2007 | 太阳能集热器热性能试验方法 |
表2 我国空气源热泵热水器能效标准
| 标准号 | 标准名称 |
| GB19576-2004 | 单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级 |
| GB19577-2004 | 冷水机组能效限定值及能源效率等级 |
| GB21454-2008 | 多联式空调(热泵)机组能效限定值及能源效率等级 |
| GB/T29541-2013 | 热泵热水机(器)能效限定值及能效等级 |
| GB21455-2013 | 转速可控型房间空气调节器能效限定值及能效等级 |
| GB12021.3-2010 | 房间空气调节器能效限定值及能效等级 |
表3 我国燃气热水器主要产品标准
| 标准号 | 标准名称 |
| GB6932-2001 | 家用燃气快速热水器 |
| GB18111-2000 | 燃气容积式热水器 |
| GB25034-2010 | 燃气采暖热水炉 |
| GB20665-2015 | 家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级 |
| CJ/T336-2010 | 冷凝式家用燃气快速热水器 |
| CJ/T395-2012 | 冷凝式燃气暖浴两用炉 |
而针对多热源的多能互补供热系统的测试技术，目前在国内尚未有通用的标准与规范可供参考，节能环保测试及评价指标欠缺，且手段单一，严重制约着产品的标准化与规范化发展。2010年彭娇娇针对空气源热泵辅助太阳能热水系统在江淮地区应用的节能环保效益进行了研究，对江淮地区某空气源热泵辅助太阳能集中热水用户，采用逐月计算方法对该系统的运行性能进行分析，同时对该地区某示范工程进行长期监测，得到在不同季节系统的集热量、运行能耗及四季典型气候日系统的性能，并针对测试过程中发现的系统设计及控制方法的不足，提出了相应的改进方案；将空气源热泵辅助太阳能热水系统与几种传统热源方式和其他新型热源方式在节能效益、经济效益和环保效益三个方面进行了对比分析，并探讨了太阳能保证率、能源价格等影响因子对系统性能和效益的影响。同年，李志恒对小型空气源热泵辅助太阳能热水装置进行了性能模拟研究，以中国建筑热环境分析专用气象数据集中的西安地区的气象资料为基础，建立关于空气源热泵辅助太阳能热水装置的模型，通过所建模型，得出了太阳能单元和热泵单元并联运行的最佳运行模式和该模式下系统的年运行性能参数，为揭示该种热水系统的节能意义，进一步研究空气源热泵辅助太阳能热水系统的性能和在西安乃至全国各地区的推广奠定了初步基础。2013年施全臻对太阳能系统、风冷热泵系统和燃气锅炉联合制热水的节能效益进行了分析，通过理论分析与实践检验，分析了三者联合运行的节能效益，提出了适应某酒店的最佳热水系统运行方式。2013年徐言生则针对空气源热泵辅助型太阳能热水系统标准进行了探讨，试验表明在标准规定的变化范围内，平均环境温度的变化及全天辐照量的变化对空气源热泵辅助太阳能热水系统整机综合COP有较大影响，其中因平均环境温度的变化及全天辐照量的变化对太阳能热水系统性能影响而引起整机综合COP的变化较小，而因平均环境温度的变化对空气源热泵性能的影响而引起整机综合COP的变化最大可达40％左右，据此对该标准的试验方法、试验条件提出了修改建议。2014年同济大学的何芳兵报道了空气源热泵与燃气锅炉辅助加热太阳能供热水系统的设计和应用，根据工程实例，分析和探讨了空气源热泵和燃气锅炉辅助加热太阳能供热水系统的特点、应用范围、工作工况以及运行系统，力求实现太阳能热水器与建筑的优化设计，促进空气源热泵和燃气锅炉辅助加热太阳能热水技术在建筑领域的推广应用。同年广东万和新电气的黄逊青，对集成空气源热泵和燃气采暖热水炉的住宅太阳能供暖系统性能试验方法进行了探讨，将集成空气源热泵和燃气采暖热水炉的住宅太阳能供暖系统全年运行模式分为两类：冬季供暖和其他季节仅供应生活热水，提出了确定太阳能热水系统、空气源热泵系统以及燃气采暖热水炉的容量的基本规则以及考核要求，同时提出以集成系统一次能源全年能效因数作为综合评价集成系统能效的指标，以及计算方法。
发明内容：
本发明提出和研发了一种可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统的性能测试方法，该方法建立了一体化的测试实验系统，集成了太阳能集热器、空气源热泵和燃气采暖热水炉三种供热单元，提出和定义了用于性能测试和效果评价的技术指标和计算方法，实现了对任意组合的多能互补供热系统的性能测试和技术评价。
本发明的另一目的是提供上述可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统的性能测试方法所用的测试装置。
本发明的技术方案是：一种可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法，按以下述步骤进行：
(1)根据各供热单元连接方式及运行模式，设置温度、压力及流量测试点，并实现实时采集；
(2)根据各供热单元自身参数、应用环境、用水要求情况，确定各供热单元运行模式及时间，并在此运行模式下选取系统性能测试点及测试参数；
(3)根据以下公式和计算方法测试各供热单元供热量及总供热量，即：
QT＝QS+QH+QG
QS＝cm×ρm×q1×t1×(T2-T1)
QH＝c×ρ×q2×t2×(T4-T3)
QG＝c×ρ×[q3×t3×(T11-T12)+q4×t4×(T13-T14)]
式中：
QT--系统总供热量，kJ；
QS--太阳能集热单元供热量，kJ；
QH--热泵单元供热量，kJ；
QG--燃气单元供热量，kJ；
cm--太阳能循环工质比热容，kJ/(kg*℃)；
ρm--太阳能循环工质的密度，kg/L；
c--水的比热容，kJ/(kg*℃)；
ρ--水的密度，kg/L；
q1--太阳能集热器系统工质流量，L/min；
q2--空气源热泵系统水流量，L/min；
q3--流经燃气采暖热水炉的生活热水系统水流量，L/min；
q4--流经燃气采暖热水炉的采暖系统水流量，L/min；
t1--集热器集热时间，min；
t2--热泵供热时间，min；
t3--燃气采暖热水炉供热水时间，min；
t4--燃气采暖热水炉供暖时间，min；
T1--太阳能回流工质温度，℃；
T2--太阳能输出工质温度，℃；
T3--空气源热泵回水温度，℃；
T4--空气源热泵出水温度，℃；
T11--燃气采暖热水炉热水出口温度，℃；
T12--燃气采暖热水炉热水入口温度，℃；
T13--燃气采暖热水炉供暖出口温度，℃；
T14--燃气采暖热水炉供暖入口温度，℃。
(4)根据以下公式和计算方法测试用户得热量指标，即：
QO＝c×ρ×[q5×t5×(T5-T6)+q6×t6×(T7-T8)-V×ΔT]
式中：
QO--用户得热量，kJ；
t5--热水排放时间，min；
t6--供暖时间，min；
q5--生活热水系统水流量，L/min；
q6--采暖系统水流量，L/min；
T5--生活热水出水温度，℃；
T6--自来水温度，℃；
T7--采暖供水温度，℃；
T8--采暖回水温度，℃；
V--蓄热水箱体积，300L；
ΔT--蓄热水箱内储水在试验开始与结束时的平均温差，℃。
(5)根据以下公式和计算方法测试系统一次能源利用率，即：
QP＝(ET×c1+q7×c2)×Qtce
式中：
PER：Primary Energy Ratio，一次能源利用率指标；
QP--系统一次能源消耗量，kJ；
ET--系统用电总量，kwh；
q7--燃气流量，m3；
c1--电折标系数，0.404kg*tce/kwh；
c2--天然气折标系数，1.300kg*tce/m3；
Qtce--标准煤热值，29306kJ/kg*tce。
(6)基于上述计算步骤和方法，计算得出多能互补供热系统的各测试指标。
上述各供热单元采用太阳能集热器、空气源热泵和燃气采暖热水炉三种供热单元。
上述可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法所用测试装置，由太阳能供热单元、空气源热泵供热单元、燃气采暖热水炉供热单元和蓄热水箱组成；所述太阳能供热单元通过蓄热水箱下盘管与水箱相连，实现对水箱的间接供热；所述空气源热泵供热单元与水箱中部进出水口相连，直接加热水箱；所述燃气采暖热水炉供热单元与生活热水系统连接，且燃气采暖热水炉与水箱上下进出水口相连，直接从水箱中取热，采暖系统通过燃气采暖热水炉与蓄热水箱上盘管相连，间接从水箱中取热。
上述太阳能供热单元中的太阳能集热板与蓄热水箱下盘管连接的管路上设置有用于测量流经太阳能集热板的工质流量和压力的电磁流量计和压力表、设置有用于测量集热板进出介质温度的温度传感器。
上述空气源热泵供热单元中的空气源热泵机组与蓄热水箱连通的管路上设置有用于测量流经空气源热泵机组的水流量和压力的电磁流量计和压力表、设置有用于测量热泵机组进水和出水温度的温度传感器。
上述燃气采暖热水炉供热单元中的燃气采暖热水炉与生活热水系统连接的管路上设置用于测量生活热水供水流量和温度的流量计和温度传感器、与蓄热水箱连接的管路上设置用于测量燃气采暖热水炉供热水回路入口和出口水温的温度传感器、与采暖系统连接的管路上设置用于测量燃气采暖热水炉供暖回路入口和出口水温的温度传感器；且燃气采暖炉的输入管路上设置测量进入燃气采暖热水炉的燃气温度和压力的温度传感器和压力表，且此管路上安装用于测量燃气采暖热水炉消耗的燃气流量的燃气流量计。
上述蓄热水箱中设置有用于测量蓄热水箱的上、中、下部水温的温度传感器；蓄热水箱内上盘管与板式换热器连接的采暖供水管路上设置用于测量采暖供水水温的温度传感器、与板式换热器连接的回水管路上设置用于测量回水水温的温度传感器、设置用于测量采暖回水流量和压力的流量计和压力表；板式换热器进出水管路上设置用于测量流经板式换热器的冷却水进出口水温的温度传感器，且在进水管路上设置用于测量冷却水流量的流量计。
本发明具有如下的优点和积极效果：
1、本发明方法和测试装置通过建立一体化的测试实验系统，集成太阳能集热器、空气源热泵和燃气采暖热水炉三种供热单元，既能独自横向比较，又可对不同组合及运行模式下的系统性能进行测试，为进一步评价系统性能提供测试数值。
2、本发明方法提出和定义了用于性能测试和效果评价的技术指标和计算方法，实现对任意组合的多能互补供热系统的性能测试和统一技术评价，从而帮助用户有效的对比与识别供热产品，避免了因测试方法不一致而导致的不同类型热源供热的对比差异，使用户可更加直观地了解不同运行模式下的性能。
3、本发明方法和测试装置可保证供热系统在正常工作前提下，测定不同组合模式的多能互补独立供热系统的各部分运行参数，基于提出的计算方法、测评方案和技术路线，得出系统不同运行和组合模式下的性能指标，以测定和量化评价系统的整体性能及效果。
4、本发明方法所用的测试装置实现了性能测试装置集成化，简化了各供热单元测试所需的测试系统，节省空间与费用，提高测试效率。
附图说明：
图1为多能互补供热系统测试流程及测试点分布图。
其中，1-太阳能集热板，2-电磁流量计，3-调节阀，4-循环泵，5-调节阀，6-压力表，7-膨胀罐，8-调节阀，9-温度传感器，10-温度传感器，11-温度传感器，12-调节阀，13-温度传感器，14-温度传感器，15-压力表，16-调节阀，17-电磁流量计，18-循环泵，19-空气源热泵机组，20-排气阀，21-调节阀，22-温度传感器，23-温度传感器，24-排气阀，25-温度传感器，26-电磁阀，27-电磁流量计，28-蓄热水箱，29-电磁流量计，30-温度传感器，31-电磁阀，32-板式换热器，33-电磁阀，34-温度传感器，35-循环泵，36-温度传感器，37-电磁阀，38-电磁流量计，39-膨胀罐，40-压力表，41-循环泵，42-三通阀，43-温度传感器，44-电磁阀，45-燃气采暖热水炉，46-三通阀，47-温度传感器，48-电磁阀，49-温度传感器，50-电磁阀，51-温度传感器，52-电磁阀，53-温度传感器，54-电磁阀，55-电磁流量计，56-电磁阀，57-温度传感器，58-压力表，59-温度传感器，60-燃气流量计，61-调节阀。
具体实施方式：
一种应用于可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统的性能测试方法，按以下述步骤进行：
1、根据各供热单元连接方式及运行模式，设置温度、压力及流量测试点，并实现实时采集；
2、根据各供热单元自身参数、应用环境、用水要求情况，确定各供热单元运行模式及时间，并在此运行模式下选取系统性能测试点及测试参数；
3、根据以下公式和计算方法测试各供热单元供热量及总供热量，即：
QT＝QS+QH+QG
QS＝cm×ρm×q1×t1×(T2-T1)
QH＝c×ρ×q2×t2×(T4-T3)
QG＝c×ρ×[q3×t3×(T11-T12)+q4×t4×(T13-T14)]
式中：
QT--系统总供热量，kJ；
QS--太阳能集热单元供热量，kJ；
QH--热泵单元供热量，kJ；
QG--燃气单元供热量，kJ；
cm--太阳能循环工质比热容，kJ/(kg*℃)；
ρm--太阳能循环工质的密度，kg/L；
c--水的比热容，kJ/(kg*℃)；
ρ--水的密度，kg/L；
q1--太阳能集热器系统工质流量，L/min；
q2--空气源热泵系统水流量，L/min；
q3--流经燃气采暖热水炉的生活热水系统水流量，L/min；
q4--流经燃气采暖热水炉的采暖系统水流量，L/min；
t1--集热器集热时间，min；
t2--热泵供热时间，min；
t3--燃气采暖热水炉供热水时间，min；
t4--燃气采暖热水炉供暖时间，min；
T1--太阳能回流工质温度，℃；
T2--太阳能输出工质温度，℃；
T3--空气源热泵回水温度，℃；
T4--空气源热泵出水温度，℃；
T11--燃气采暖热水炉热水出口温度，℃；
T12--燃气采暖热水炉热水入口温度，℃；
T13--燃气采暖热水炉供暖出口温度，℃；
T14--燃气采暖热水炉供暖入口温度，℃。
4、根据以下公式和计算方法测试用户得热量指标，即：
QO＝c×ρ×[q5×t5×(T5-T6)+q6×t6×(T7-T8)-V×ΔT]
式中：
QO--用户得热量，kJ；
t5--热水排放时间，min；
t6--供暖时间，min；
q5--生活热水系统水流量，L/min；
q6--采暖系统水流量，L/min；
T5--生活热水出水温度，℃；
T6--自来水温度，℃；
T7--采暖供水温度，℃；
T8--采暖回水温度，℃；
V--蓄热水箱体积，300L；
ΔT--蓄热水箱内储水在试验开始与结束时的平均温差，℃。
5、根据以下公式和计算方法测试系统一次能源利用率，即：
QP＝(ET×c1+q7×c2)×Qtce
式中：
PER：Primary Energy Ratio，一次能源利用率指标；
QP--系统一次能源消耗量，kJ；
ET--系统用电总量，kwh；
q7--燃气流量，m3；
c1--电折标系数，0.404kg*tce/kwh；
c2--天然气折标系数，1.300kg*tce/m3；
Qtce--标准煤热值，29306kJ/kg*tce。
(7)基于上述计算步骤和方法，计算得出多能互补供热系统的各测试指标。
上述各供热单元采用太阳能集热器、空气源热泵和燃气采暖热水炉三种供热单元。
如图1所示：一种可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能的方法所使用的测试装置，由太阳能供热单元、空气源热泵供热单元、燃气采暖热水炉供热单元和蓄热水箱组成；所述太阳能供热单元通过蓄热水箱下盘管与水箱相连，实现对水箱的间接供热；所述空气源热泵供热单元与水箱中部进出水口相连，直接加热水箱；所述燃气采暖热水炉供热单元与生活热水系统连接，且燃气采暖热水炉与水箱上下进出水口相连，直接从水箱中取热，采暖系统通过燃气采暖热水炉与蓄热水箱上盘管相连，间接从水箱中取热。当水箱出水温度不能满足生活热水需求时，燃气采暖热水炉开启，加热水箱出水，当水箱上盘管出水温度不能满足采暖需求时，燃气采暖热水炉开启，加热盘管出水。
上述太阳能供热单元由太阳能集热板1、循环泵4、排气阀24、膨胀罐7、管路和阀门等组成。其中太阳能集热板1与蓄热水箱28下盘管连接的管路上设置有电磁流量计2和压力表6，分别测量流经太阳能集热板1的工质流量和压力的、设置有温度传感器9和11，用于测量集热板进出介质温度。
上述空气源热泵供热单元由空气源热泵机组19、排气阀20、循环泵18、管道及阀门等组成。其中空气源热泵机组与蓄热水箱连通的管路上设置有用于测量流经空气源热泵机组的水流量和压力的电磁流量计17和压力表15、设置有用于测量热泵机组进水和出水温度的温度传感器14和22。且管路上还设置调节阀16和21。
上述燃气采暖热水炉供热单元中的燃气采暖热水炉45与生活热水系统连接的管路上设置有流量计55、温度传感器57和电磁阀56，分别测量生活热水供水流量和温度；与蓄热水箱连接的管路上设置温度传感器47和49，测量燃气采暖热水炉45供热水回路入口和出口水温；与采暖系统连接的管路上设置温度传感器51和53，测量燃气采暖热水炉供暖回路入口和出口水温；燃气采暖炉的输入管路上设置温度传感器59和压力表58，分别测量进入燃气采暖热水炉的燃气温度和压力，设置燃气流量计60用于测量燃气采暖热水炉消耗的燃气流量。
上述蓄热水箱28中设置有温度传感器10、13和23，分别测量蓄热水箱28的下、中和上部水温。
上述蓄热水箱28内上盘管与板式换热器连接的采暖供水管路上设置用于测量采暖供水水温的温度传感器43，与板式换热器连接的回水管路上设置用于测量回水水温的温度传感器36、设置用于测量采暖回水流量和压力的流量计38和压力表40；板式换热器进出水管路上设置用于测量流经板式换热器的冷却水进出口水温的温度传感器30和34，且在进水管路上设置用于测量冷却水流量的流量计29。
上述各供热单元供电线路上分别设置电量表，测量各供热单元运行时各自消耗电量情况。
利用上述测试装置测定可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能的方法，依照下列步骤进行：
1、运行参数测量仪器仪表测点布置和运行数据采集。
将系统中燃气流量计60和温度传感器9、10、11、13、14、22、23、25、30、34、36、43、47、49、51、53、57、59分别与数据采集仪相连，设置采集仪数据扫描时间，记录系统运行期间各扫描时刻测试点对应流量或温度数值。根据不同供热系统各供热单元自身参数、应用环境、用水要求等情况，确定系统各供热单元运行模式及时间，并在此运行模式下选取系统性能测试点及测试参数。
2、测试系统供热量。
太阳能供热单元供热量QS：测量集热时间t1内，流经流量计2的集热器系统工质流量q1，温度传感器11和9记录的太阳能工质输出温度T2和回流温度T1，计算得到QS＝cm×ρm×q1×t1×(T2-T1)，其中cm和ρm分别为太阳能循环工质比热容和密度。
空气源热泵供热单元供热量QH：测量热泵供热时间t2内，流经流量计17的热泵系统水流量q2，温度传感器22和14记录的热泵出水温度T4和回水温度T2，计算得到QH＝c×ρ×q2×t2×(T4-T3)，其中c和ρ分别为水的比热容和密度。
燃气供热单元供热量QG：测量燃气单元供热水时间t3和供暖时间t4内，流经流量计55和38的生活热水系统水流量q3和采暖系统水流量q4，温度传感器49和47记录的燃气采暖热水炉供热水出水温度T11和进水温度T12，温度传感器53和51记录的燃气采暖热水炉供暖出水温度T13和进水温度T14，计算得到QG＝c×ρ×[q3×t3×(T11-T12)+q4×t4×(T13-T14)]。
计算得到测试阶段系统总供热量QT＝QS+QH+QG。
3、测试用户得热量。
测量热水排放时间t5和供暖时间t6内，流经流量计55和38的生活热水系统水流量q5和采暖系统水流量q6，温度传感器57和25记录的生活热水出水温度T5和自来水进水温度T6，温度传感器43和36记录的采暖供水温度T7和采暖回水温度T8，温度传感器10、13和23记录的蓄热水箱内储水在试验开始与结束时的平均温差ΔT，计算用户得热量QO＝c×ρ×[q5×t5×(T5-T6)+q6×t6×(T7-T8)-V×ΔT]，其中，V为蓄热水箱体积。
4、测试系统一次能源利用率。
记录系统运行过程中流经燃气流量计60的燃气体积流量q7和系统总用电量ET，计算系统一次能源消耗量QP＝(ET×c1+q7×c2)×Qtec，其中c1和c2分别为电折标系数和天然气折标系数，Qtec为标准煤热值；计算得系统一次能源利用率PER＝QO/QP。
5、基于上述计算步骤和方法，计算得出多能互补供热系统的各测试指标。
本发明通过测试点设置及测试参数测量，可计算系统太阳能集热单元供热量、空气源热泵单元供热量、燃气单元供热量、系统总供热量、用户得热量和系统一次能源利用率指标，以实现对可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统的性能测试。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本说明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可对前述实施例所记载技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本说明实施例技术方案的范围，均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法，按以下述步骤进行：
(1)根据各供热单元连接方式及运行模式，设置温度、压力及流量测试点，并实现实时采集；
(2)根据各供热单元自身参数、应用环境、用水要求情况，确定各供热单元运行模式及时间，并在此运行模式下选取系统性能测试点及测试参数；
(3)根据以下公式和计算方法测试各供热单元供热量及总供热量，即：
QT＝QS+QH+QG
QS＝cm×ρm×q1×t1×(T2-T1)
QH＝c×ρ×q2×t2×(T4-T3)
QG＝c×ρ×[q3×t3×(T11-T12)+q4×t4×(T13-T14)]
式中：
QT--系统总供热量，kJ；
QS--太阳能集热单元供热量，kJ；
QH--热泵单元供热量，kJ；
QG--燃气单元供热量，kJ；
cm--太阳能循环工质比热容，kJ/(kg*℃)；
ρm--太阳能循环工质的密度，kg/L；
c--水的比热容，kJ/(kg*℃)；
ρ--水的密度，kg/L；
q1--太阳能集热器系统工质流量，L/min；
q2--空气源热泵系统水流量，L/min；
q3--流经燃气采暖热水炉的生活热水系统水流量，L/min；
q4--流经燃气采暖热水炉的采暖系统水流量，L/min；
t1--集热器集热时间，min；
t2--热泵供热时间，min；
t3--燃气采暖热水炉供热水时间，min；
t4--燃气采暖热水炉供暖时间，min；
T1--太阳能回流工质温度，℃；
T2--太阳能输出工质温度，℃；
T3--空气源热泵回水温度，℃；
T4--空气源热泵出水温度，℃；
T11--燃气采暖热水炉热水出口温度，℃；
T12--燃气采暖热水炉热水入口温度，℃；
T13--燃气采暖热水炉供暖出口温度，℃；
T14--燃气采暖热水炉供暖入口温度，℃。
(4)根据以下公式和计算方法测试用户得热量指标，即：
QO＝c×ρ×[q5×t5×(T5-T6)+q6×t6×(T7-T8)-V×ΔT]
式中：
QO--用户得热量，kJ；
t5--热水排放时间，min；
t6--供暖时间，min；
q5--生活热水系统水流量，L/min；
q6--采暖系统水流量，L/min；
T5--生活热水出水温度，℃；
T6--自来水温度，℃；
T7--采暖供水温度，℃；
T8--采暖回水温度，℃；
V--蓄热水箱体积，300L；
ΔT--蓄热水箱内储水在试验开始与结束时的平均温差，℃。
(5)根据以下公式和计算方法测试系统一次能源利用率，即：
<mrow>
<mi>P</mi>
<mi>E</mi>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>O</mi>
</msub>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>P</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
QP＝(ET×c1+q7×c2)×Qtce
式中：
PER：Primary EnergyRatio，一次能源利用率指标；
QP--系统一次能源消耗量，kJ；
ET--系统用电总量，kwh；
q7--燃气流量，m3；
c1--电折标系数，0.404kg*tce/kwh；
c2--天然气折标系数，1.300kg*tce/m3；
Qtce--标准煤热值，29306kJ/kg*tce。
(6)基于上述计算步骤和方法，计算得出多能互补供热系统的各测试指标。
2.一种根据权利要求1所述的可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法所用测试装置，由太阳能供热单元、空气源热泵供热单元、燃气采暖热水炉供热单元和蓄热水箱组成；其特征在于：太阳能供热单元、空气源热泵供热单元、燃气采暖热水炉供热单元分别与蓄热水箱串联连接；所述太阳能供热单元通过蓄热水箱下盘管与水箱相连，实现对水箱的间接供热；所述空气源热泵供热单元与水箱中部进出水口相连，直接加热水箱；所述燃气采暖热水炉供热单元与生活热水系统连接，且燃气采暖热水炉与水箱上下进出水口相连，直接从水箱中取热，采暖系统通过燃气采暖热水炉与蓄热水箱上盘管相连，间接从水箱中取热。
3.根据权利要求1所述的可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法，其特征在于：上述各供热单元采用太阳能集热器、空气源热泵和燃气采暖热水炉三种供热单元。
4.根据权利要求2所述的可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法所用测试装置，其特征在于：上述太阳能供热单元中的太阳能集热板与蓄热水箱下盘管连接的管路上设置有用于测量流经太阳能集热板的工质流量和压力的电磁流量计和压力表、设置有用于测量集热板进出介质温度的温度传感器。
5.根据权利要求2所述的可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法所用测试装置，其特征在于：上述空气源热泵供热单元中的空气源热泵机组与蓄热水箱连通的管路上设置有用于测量流经空气源热泵机组的水流量和压力的电磁流量计和压力表、设置有用于测量热泵机组进水和出水温度的温度传感器。
6.根据权利要求2所述的可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法所用测试装置，其特征在于：上述燃气采暖热水炉供热单元中的燃气采暖热水炉与生活热水系统连接的管路上设置用于测量生活热水供水流量和温度的流量计和温度传感器、与蓄热水箱连接的管路上设置用于测量燃气采暖热水炉供热水回路入口和出口水温的温度传感器、与采暖系统连接的管路上设置用于测量燃气采暖热水炉供暖回路入口和出口水温的温度传感器；且燃气采暖炉的输入管路上设置测量进入燃气采暖热水炉的燃气温度和压力的温度传感器和压力表，且此管路上安装用于测量燃气采暖热水炉消耗的燃气流量的燃气流量计。
7.根据权利要求2所述的可再生能源-燃气联供的多能互补供热系统性能测试方法所用测试装置，其特征在于：上述蓄热水箱中设置有用于测量蓄热水箱的上、中、下部水温的温度传感器；蓄热水箱内上盘管与板式换热器连接的采暖供水管路上设置用于测量采暖供水水温的温度传感器、与板式换热器连接的回水管路上设置用于测量回水水温的温度传感器、设置用于测量采暖回水流量和压力的流量计和压力表；板式换热器进出水管路上设置用于测量流经板式换热器的冷却水进出口水温的温度传感器，且在进水管路上设置用于测量冷却水流量的流量计。
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