本發(fā)明屬于建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)，燃料電池尤指固體氧化物燃料電池。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的煤、石油、天然氣等一次能源儲量有限，這些化石燃料大部分以燃燒的方式被直接利用，不但效率有限，而且不可避免地會產(chǎn)生大量的污染物。隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展與化石能源的短缺，提高能源利用率和保護自然環(huán)境問題日益突出。目前我國建筑運行能耗在社會總能耗中約占27%。根據(jù)近30年來能源界的研究和實踐，普遍認為建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、是有效的方式[1]。
固體氧化物燃料電池除了具有能量利用率高和環(huán)境友好等特點外，還具有其他種類燃料電池無法比擬的優(yōu)點：中高溫工作，動力學過程快，無需貴金屬作電極，功率密度高；采用全固態(tài)元件，避免了使用液態(tài)電解質(zhì)所帶來的腐蝕和電解液流失問題；燃料適用范圍廣，除了H2、CO、醇類外，還可以直接用天然氣、煤氣化氣和其他碳氫化合物作燃料；排放的尾氣溫度高，是高質(zhì)量余熱，且尾氣主要由水蒸氣和二氧化碳組成，尾氣純凈雜質(zhì)少，便于充分利用，能量綜合利用率高[2]。
天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)以其能源利用效率高、節(jié)能環(huán)保、供電安全等優(yōu)勢逐步應(yīng)用于建筑供能領(lǐng)域[3]。將固體氧化物燃料電池引入到天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)中，可以進一步提高天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的能源利用效率，實現(xiàn)建筑能源梯級利用，有效降低建筑能耗。
為了實現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，同時滿足建筑制冷、采暖及生活熱水的要求，本發(fā)明提出了一種固體氧化物燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)。系統(tǒng)中天然氣、太陽能、電能互為補充，大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性以及天然氣的利用率，總發(fā)電效果和整體熱效率遠高于一般的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
[1] 邵潯峰，常鵬濤.暖通空調(diào),2015,45(7):67
[2] 查燕，鄭穎平等.材料導報,2008,22(5):22
[3] 張磊，劉昌盛.建筑節(jié)能,2014,42(282):52。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種固體氧化物燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)，不但利用固體氧化物燃料電池高效發(fā)電，同時將發(fā)電過程中的余熱也利用起來，并將太陽能引入到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)中的天然氣、太陽能、電能互為補充，大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性以及天然氣的利用率，總發(fā)電效果和整體熱效率遠高于一般的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；且將生活熱水與空調(diào)水系統(tǒng)隔離，保證了生活用水的水質(zhì)，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)，包括燃料電池、生活熱水箱、第一水泵、吸收式溴化鋰機組、第二水泵，空調(diào)末端設(shè)備，板式換熱器，太陽能熱水器，第一閥組，第二閥組一種燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)，，生活熱水箱的進水端與燃料電池的出水端相連，生活熱水箱出水端通過第一水泵與第一閥組相連，第一閥組將第一水泵輸出的水分成用于控制太陽能溫差循環(huán)的第一支路、用于制冷的第二支路及用于制熱的第三支路，三條支路的出水端均與太陽能熱水器進水端相連，太陽能熱水器的出水端與生活熱水箱的進水端相連。
進一步地，用于控制太陽能溫差循環(huán)的第一支路通過管路直接與太陽能熱水器的進水端相連，用于制冷的第二支路與通過吸收式溴化鋰機組后與太陽能熱水器的進水端相連，用于制熱的第三支路通過板式換熱器后與太陽能熱水器的進水端相連，吸收式溴化鋰機組的冷溫水回水口通過第二水泵與空調(diào)末端設(shè)備、第二閥組管路連通，第二閥組將空調(diào)末端設(shè)備的輸出水分成用于與板式換熱器換熱的第一支路和第二支路，同一時刻第一閥組和第二閥組各自只開啟一條支路。
進一步地，用于與板式換熱器換熱的第一支路通過板式換熱器和吸收式溴化鋰機組的冷溫水進水口相連，第二支路通過管路直接與吸收式溴化鋰機組（5）的冷溫水進水口相連。
進一步地，所述燃料電池為用于向用電設(shè)備和照明系統(tǒng)供電的固體氧化物燃料電池，燃料電池的進水端接自來水，燃料電池的進氣端接天然氣。
進一步地，所述吸收式溴化鋰機組為內(nèi)置有機組加熱器的熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組。
進一步地，生活熱水箱具有與冷水箱的進水端相連的高水位出水端和向用戶供應(yīng)熱水的熱水出水端。
進一步地，所述生活熱水箱由熱水箱和設(shè)置在熱水箱內(nèi)部的輔助電加熱器組成。
進一步地，所述空調(diào)末端設(shè)備為風機盤管、新風機組或空調(diào)機組。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
燃料電池高效發(fā)電，同時利用市政自來水將發(fā)電過程中的余熱也利用起來，避免了資源浪費。同時，本發(fā)明將太陽能引入到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)中的天然氣、太陽能、電能互為補充，大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、天然氣的利用率、清潔能源利用率，能耗低，總發(fā)電效果和整體熱效率遠高于一般的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；且將生活熱水與空調(diào)水系統(tǒng)隔離，保證了生活用水的水質(zhì)，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。系統(tǒng)中的第一閥組根據(jù)太陽能熱水器進出口溫度、水箱溫度、系統(tǒng)工況等參數(shù)控制三條支路的開關(guān)，分別對應(yīng)制冷、制熱、太陽能系統(tǒng)的溫差循環(huán)，分別對應(yīng)不同季節(jié)用戶的需求。
附圖說明
圖1為燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下述實施例是對于本發(fā)明內(nèi)容的進一步說明以作為對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當知曉任何基于本發(fā)明實質(zhì)精神的簡單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護范圍。
參見圖1，燃料電池和太陽能驅(qū)動的建筑多能互補系統(tǒng)包括燃料電池1、生活熱水箱3、第一水泵4、吸收式溴化鋰機組5、第二水泵6，空調(diào)末端設(shè)備7，板式換熱器8，太陽能熱水器9，第一閥組10，第二閥組11，所述燃料電池1為用于向用電設(shè)備和照明系統(tǒng)供電的固體氧化物燃料電池，所述吸收式溴化鋰機組5為內(nèi)置有機組加熱器51的熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組，熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組的具體型號為RGD021JT。所述空調(diào)末端設(shè)備7為風機盤管、新風機組或空調(diào)機組。
燃料電池1的進水端接市政自來水，燃料電池1的進氣端接天然氣。所述燃料電池1的出水端與生活熱水箱3的進水端相連，生活熱水箱3還具有與冷水箱2的進水端相連的高水位出水端和向用戶供應(yīng)熱水的熱水出水端，市政自來水帶走燃料電池1的余熱，余熱水利用市政自來水的壓力輸送到生活熱水箱3中。所述生活熱水箱3由熱水箱31和設(shè)置在熱水箱31內(nèi)部的加熱器32組成，并連接到建筑生活熱水系統(tǒng)中，當水箱溫度不滿足生活熱水要求時，啟動電加熱，當水箱水位過高時溢流進冷水箱2，冷卻后用于沖洗地面。
此外，生活熱水箱3出水端通過第一水泵4與閥組10相連，第一閥組10將第一水泵4輸出的水分成第一、第二及第三支路，用于控制太陽能溫差循環(huán)的第一支路通過管路直接與太陽能熱水器9的進水端相連，用于制冷的第二支路通過吸收式溴化鋰機組5后與太陽能熱水器9的進水端相連，用于制熱的第三支路通過板式換熱器8后與太陽能熱水器9的進水端相連，三條支路均回到生活熱水箱3，第一閥組10根據(jù)太陽能熱水器9進出口溫度、水箱溫度、系統(tǒng)工況等參數(shù)控制三條支管的開關(guān)，分別對應(yīng)制冷、制熱、太陽能系統(tǒng)的溫差循環(huán)，同一時刻第一閥組10只開啟一條支路，吸收式溴化鋰機組5的回水口通過第二水泵6與空調(diào)末端設(shè)備7、第二閥組11和板式換熱器8管路連通，太陽能熱水器9的出水端與生活熱水箱3的進水端相連?？照{(diào)末端設(shè)備7的冷溫水出口通過第二閥組11分成兩路，一路直接連接至與吸收式溴化鋰機組5的冷溫水進口，用于制冷工況；另一路先連接至板式換熱器，再接入的冷溫水進口，用于采暖工況，同一時刻第二閥組11只開啟一條支路。
系統(tǒng)所用的熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組有兩種驅(qū)動方式：70℃以上熱水和天然氣。制冷工況下，熱水提供的能量不足時，由天燃氣補燃；采暖工況下，空調(diào)冷溫水溫度不足時，天然氣補燃。
未開空調(diào)，太陽能熱水器9出口溫度與生活熱水箱3溫度差達到設(shè)定值時，優(yōu)選6-15℃，第一水泵4啟動，熱水通過第一閥組10直接接入太陽能熱水器9，而后回到水箱中，完成太陽能系統(tǒng)的溫差循環(huán)；循環(huán)一段時間后，溫度差變小，達到設(shè)定值時，優(yōu)選1-5℃，第一水泵4關(guān)閉。
夏季制冷空調(diào)時，生活熱水箱3中的熱水由第一水泵4驅(qū)動，通過第一閥組10連接至熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組，再經(jīng)太陽能熱水器9加熱后回到生活熱水箱3；同時，空調(diào)冷溫水由第二水泵6驅(qū)動，經(jīng)熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組降溫后，連接至末端采用空調(diào)盤管、新風機組或空調(diào)機組，經(jīng)第二閥組11繞過板式換熱器8直接回到熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組。
冬季采暖時，生活熱水箱3中的熱水由第一水泵4驅(qū)動，通過第一閥組10連接至板式換熱器8用于加熱空調(diào)冷溫水，再經(jīng)太陽能集熱器9加熱后回到生活熱水箱3；同時，空調(diào)冷溫水由第二水泵6驅(qū)動，流經(jīng)各末端設(shè)備，經(jīng)第二閥組11后連接至板式換熱器8換熱，換熱后進熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組5，溴化鋰機組檢測空調(diào)冷溫水溫度，未達設(shè)定值60-65℃則啟動天然氣補燃將空調(diào)冷溫水加熱至設(shè)定溫度，達到設(shè)定溫度則熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組不運行，冷溫水經(jīng)過熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機組后返回第二水泵6。