近年來，隨著經(jīng)濟生活水平的提高，消費者對供熱和制冷的要求越來越高，然而供熱和制冷的費用卻居高不下，供熱和制冷對環(huán)境產(chǎn)生的污染問題也日趨嚴重。為了更好的解決供熱和制冷過程中的環(huán)境問題，滿足節(jié)能減排需求，一種新的用能方式——多能互補漸成趨勢。
太陽能作為清潔可再生能源能源，在供熱和制冷過程中能更好的滿足節(jié)能減排需求,但也存在其缺陷：太陽能受地域、天氣的等影響較大，不能很好地滿足用能需求。因此，要更好的滿足消費者24小時用熱需求，太陽能與其他能源互補使用已成為一種必然趨勢。尤其是隨著太陽能應用領域的擴大，太陽能與其他能源互補更是必不可少。
一、國外多能互補發(fā)展與應用現(xiàn)狀
歐州可再生能源行動計劃規(guī)定，到2020年，歐盟27國最終能源消費的47％將用于供熱和制冷，其中42%是用于住宅領域，這主要是由于多數(shù)國家和地區(qū)地處溫帶和寒帶氣候區(qū)，對衛(wèi)生熱水和采暖需求較大，熱水和采暖能耗占住宅全部能耗的2/3左右。另外，歐洲可再生能源行動計劃也規(guī)定，到2020年，21％供熱和制冷需求將由可再生加熱和冷卻技術實現(xiàn)，生物質(zhì)能、熱泵（所有）、地熱能（所有）、太陽能熱利用將各占81%、2%、2%、6%的份額。但是到目前為止，可再生能源供熱和制冷技術只占歐洲供熱和制冷消耗的12%，歐洲要實現(xiàn)其2020年目標，還有很長的路要走。太陽能與其他能源互補應用是歐洲供熱和制冷的有效方式之一。
在歐洲，太陽能與其他能源結(jié)合使用的較多的是生物質(zhì)能。丹麥在大型太陽能與生物質(zhì)聯(lián)合應用方面取得了豐富的經(jīng)驗，丹麥在1988年到2006年期間建成的所有太陽能供熱廠都是同生物質(zhì)能聯(lián)合興建的，這種能源利用方式受到了丹麥政府的大力支持，最好的證明就是所有太陽能與生物質(zhì)能聯(lián)合興建的供熱工廠都可以從政府得到補貼。丹麥1998年開始運行的4900平方米的Risk Ping項目和2001年開始運行的3575平方米的Rise項目(見圖1)都是太陽能與燃木屑鍋爐結(jié)合使用的項目。另外，瑞典在太陽能與生物質(zhì)能結(jié)合方面經(jīng)驗也較豐富，這從其1989年開始運行的5500平方米的Falkcnberg項目和2000年開始運行的10000平方米的Kung lv項目可以看出，這兩個項目都是太陽能與燃木屑鍋爐聯(lián)合供熱。
圖1 丹麥Rise太陽能+生物質(zhì)能區(qū)域供熱項目
太陽能與燃氣互補系統(tǒng)是歐洲采暖比較普遍的方式之一。這主要是由于歐洲有長期使用燃氣的習慣，并且太陽能與熱泵系統(tǒng)受天氣影響較大。德國1996年開始運行4300平方米的Fricdrieh Shafen項目是其中比較典型的項目，項目由太陽能與燃氣鍋爐聯(lián)合供熱。
另外，太陽能與熱泵相結(jié)合系統(tǒng)也是歐洲采暖的方式之一，但應用并不普遍。由于在室外環(huán)境溫度較低時，采用氟碳類制冷劑的空氣源熱泵機組的制熱性能衰減情況明顯，因此家用熱泵系統(tǒng)目前主要在法國、德國和意大利安裝應用，其他國家和地區(qū)的安裝數(shù)量較少。而安裝的家用熱泵系統(tǒng)，80%左右的熱泵用于采暖或游泳池加熱，用于制取衛(wèi)生熱水的機組約為20%。
與歐洲情況相似，美國、日本等由于國家成套供應的住宅用熱能系統(tǒng)（熱水和供暖）越來越多，出現(xiàn)了住宅能源系統(tǒng)的集成化應用和部品化的趨勢。
多能源組合系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)方案大致可分為兩類。一種是系統(tǒng)聯(lián)接外置型，管道外露安裝，布局比較松散，現(xiàn)場處理比較靈活，這種方案一般在設備間內(nèi)使用，如地下室等；另一種是系統(tǒng)集中聯(lián)接型，幾乎所有的系統(tǒng)聯(lián)接部分都安裝在一個箱體內(nèi)，包括循環(huán)泵、閥件等，包含控制系統(tǒng)和蓄熱水箱，布局緊湊，外形美觀，現(xiàn)場施工量少，是目前歐洲市場的主流產(chǎn)品。其中，嵌入式產(chǎn)品可以整體嵌入墻內(nèi)，不占室內(nèi)面積，在面積較小的住宅中應用優(yōu)勢明顯。
多能源組合系統(tǒng)具備了供應住宅內(nèi)全部熱能需求的功能。與多種末端協(xié)調(diào)運行是各企業(yè)重點解決的技術問題。在歐洲，生產(chǎn)家用暖通設備的大企業(yè)基本都已開發(fā)出具有各自技術特色的住宅能源整體解決方案。
德國菲斯曼（Viessmann）公司生產(chǎn)的Vitocal200-S分體式空氣源熱泵按照系統(tǒng)集成要求設計的，不僅具備常規(guī)空氣源熱泵的功能，還具備與其他熱源裝置（如太陽能集熱器和燃氣鍋爐等）聯(lián)動的物理接口和邏輯接口。該產(chǎn)品不僅能夠應對熱源裝置聯(lián)動造成的運行參數(shù)變化，更重要的是具備完善的保護措施，可以隔離其他熱源裝置運行狀態(tài)異常時產(chǎn)生的不良影響。
美國可持續(xù)設計和產(chǎn)品管理公司（SDPM）制造的氣候和諧系統(tǒng)在眾多的多能源集成系統(tǒng)中也具有一定代表性。這是一種模塊化的多能源集成住宅熱水系統(tǒng)，具有靈活滿足不同需求的快裝式模塊。其中，以燃氣采暖鍋爐為核心的熱源模塊可以根據(jù)用戶需求，具備多種功能，配備的標準接口可以方便地與空氣源熱泵、太陽能集熱器連接。
二、 我國多能互補發(fā)展與應用現(xiàn)狀
由于我國的太陽能熱水器最開始是在農(nóng)村使用，市場也主要是在農(nóng)村，主要用途是用于供熱水。與太陽能熱水系統(tǒng)互補使用的其他能源主要是電能。
但是，近幾年來，隨著太陽能熱利用技術進步，太陽能供熱系統(tǒng)開始走進城市，并且隨著太陽能應用領域工農(nóng)業(yè)擴展以及南方采暖需求的日益加強，單獨使用太陽能已不能滿足用熱需求，太陽能與熱泵、燃氣、電、生物質(zhì)能等能源互補使用也日益普遍。
一些大的太陽能熱利用行業(yè)除在太陽能熱利用產(chǎn)品方面保持穩(wěn)定的投入外，在空氣源熱泵、燃氣鍋爐等輔助系統(tǒng)方面也投入了較大精力，如太陽雨、桑樂、四季沐歌、清華陽光等都專門成立空氣源熱泵研究部門，并有空氣源熱泵產(chǎn)品生產(chǎn)；桑普生產(chǎn)的燃氣鍋爐產(chǎn)品不僅能單獨使用，還能與太陽能熱水系統(tǒng)聯(lián)合起來使用，而皇明、力諾瑞特、華揚、萬和則都有專門的多能互補系統(tǒng)生產(chǎn)或者多能互補解決方案。一些配套企業(yè)，也都有多能互補相關產(chǎn)品生產(chǎn)，如邁能高科多能源集成搪瓷儲熱水箱、創(chuàng)意博、杰奧生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，都適用于多能互補，而無錫新能源科技有限公司的太陽能循環(huán)泵站則為多能互補產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了設計思路。
1.國內(nèi)企業(yè)多能互補系統(tǒng)及解決方案
皇明：3G多能源融合采暖解決方案
皇明作為太陽能熱利用行業(yè)的領軍企業(yè)，實施了不少太陽能與其他能源相結(jié)合的工程案例，其毛主席紀念堂工程是迄今為止國內(nèi)最大的U型管太陽能熱水項目。該項目由U型管太陽能集熱器、管路系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、水箱系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)、變頻給水系統(tǒng)、防過熱系統(tǒng)和電鍋爐輔助加熱系統(tǒng)組成。該太陽能熱水工程每天生產(chǎn)熱水15噸，采用了3個水箱，并依次進行加熱，陽光不足時，只需加熱5噸水箱的水就可滿足用水需求，從而大大節(jié)約了電能。另外，皇明還實施了一些太陽能與沼氣相結(jié)合的工程項目。
在多能互補方案方面，皇明推出了3G多能源融合采暖解決方案，該方案由太陽能分體系統(tǒng)、燃氣熱水器、室內(nèi)機、影屏等組成。承壓式太陽能采暖系統(tǒng)主要采用承壓集熱器及承壓水箱組成太陽能集熱系統(tǒng)，太陽能集熱系統(tǒng)集存太陽能熱量，然后將熱量傳遞到采暖末端進行采暖，太陽能不足時使用輔助能源配合進行采暖。該系統(tǒng)可提供35℃~95℃的熱能，且整個系統(tǒng)都是由控制系統(tǒng)智能控制。
力諾瑞特：太陽能熱泵·空氣能熱泵·一機多能能源中心
為了解決南方特別是長江流域七省二市的冬季采暖問題，近日，力諾瑞特與上海交通大學在上海聯(lián)合發(fā)布了一款“太陽能熱泵·空氣能熱泵·一機多能能源中心”產(chǎn)品。
由于采用了雙核換熱和Smart智能微感換熱技術，“一機多能能源中心”不僅可一年四季提供45℃以上的生活熱水、在夏季滿足空調(diào)制冷的需求，還可以在零下5℃以上的氣候條件下，高效制取35℃的熱水，實現(xiàn)室內(nèi)18℃至22℃的采暖。雙核換熱技術是使用兩套換熱裝置，在冷熱水換熱上可以根據(jù)需求交替，一機多能具備5種工作模式，提供24小時不間斷熱源，滿足了對室內(nèi)冬季采暖、夏季空調(diào)制冷、一年四季可給生活熱水水箱加熱等多種情況下的穩(wěn)定換熱。而Smart智能微感換熱技術，則是采用立體式換熱末端，將主動換熱與被動的對流換熱相結(jié)合，通過適當增大換熱面積實現(xiàn)了小溫差、低流量、低噪音下的穩(wěn)定散熱，同時最大限度利用熱源，告別“強吹風”式的采暖弊端，換熱均勻，使得空氣清新不干燥，大大增加了住宅的舒適性。
據(jù)悉，這種熱泵能源中心與燃氣類產(chǎn)品相比，節(jié)能率在20%以上，一家一戶一套6匹機系統(tǒng)就可以保證節(jié)能、舒適的需求。
華揚：“A·S地暖”系統(tǒng)
為應對新市場的供暖需求，華揚推出了新型三聯(lián)一體節(jié)能解決方案——“A.S地暖”系統(tǒng)，核心在于其合理采用空氣能、太陽能輔助系統(tǒng)運行，一體實現(xiàn)供暖、制冷、熱水三大需求，同時大大降低了能耗成本。
“A·S地暖”系統(tǒng)以“夏天中央空調(diào)制冷、冬天低溫均衡供暖、四季全天候中央生活熱水”為功能訴求，集“安全、節(jié)能、高效、智能”為一體，采用空氣能、太陽能有機融合技術，系統(tǒng)以太陽能熱利用優(yōu)先為用能原則，確保最大限度利用免費的綠色能源。同時，“A·S地暖”系統(tǒng)具備中央空調(diào)制冷特點，夏天采暖模塊關閉，制冷模塊開啟。空調(diào)末端有明暗裝懸吊式、壁掛式、立柜式、落地式等多種可選產(chǎn)品，滿足各種建筑空間的需要，可實現(xiàn)分室控溫功能。24小時全天候熱水供應，且多點覆蓋，亦解決了家庭環(huán)境內(nèi)熱水需求，既經(jīng)濟環(huán)保又節(jié)省運行費用。
萬和：多能互補太陽能熱泵供熱系統(tǒng)
萬和是我國太陽能熱利用行業(yè)在多能互補做得較好的企業(yè)。萬和將太陽能熱水單元、熱泵熱水單元與燃氣熱水單元組合的供熱水系統(tǒng)集成化，開發(fā)出多能互補太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，如：燃氣+太陽能、燃氣+熱泵、太陽能+熱泵、太陽能+熱泵+燃氣等新能源集中供熱系統(tǒng)。
萬和通過研究多能源互補技術、能源梯級利用技術、低溫高效供熱技術，利用中央智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)太陽能熱水單元、熱泵熱水單元和燃氣輔助加熱裝置的協(xié)同優(yōu)化控制。萬和的太陽能熱泵供熱系統(tǒng)可單獨啟動這三種單元，或?qū)⑵渲袃煞N單元、三種單元同時啟動，優(yōu)先利用太陽能、環(huán)境熱源，以燃氣為補充能源，實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、健康、可持續(xù)供應熱水，解決了單一能源產(chǎn)品在家庭熱水供應中的使用局限，實現(xiàn)各種能源產(chǎn)品的優(yōu)勢互補，最大限度地減少傳統(tǒng)能源的消耗，滿足高品質(zhì)的生活熱水需求。同時，系統(tǒng)可全面滿足消費者任何時間,任何地域的更節(jié)能的沐浴和供熱需求。用戶可根據(jù)戶型特點及家庭人口數(shù)量、地域、氣候特點等因素，選擇相應的產(chǎn)品組合，可以最大限度地利用太陽能、空氣能等清潔能源。圖2為萬和太陽能＋空氣源熱泵一體機（燃氣輔助加熱）系列產(chǎn)品。
圖2萬和太陽能＋空氣源熱泵一體機（燃氣輔助加熱）系列產(chǎn)品
天普：太陽能制冷采暖熱水蓄能綜合解決方案
為了能更好地應用太陽能，實現(xiàn)太陽能的全年高效應用并降低綜合運營成本，天普集團開發(fā)了太陽能制冷采暖熱水蓄能綜合解決方案。該方案讓用戶夏季使用太陽能制冷，冬季使用太陽能采暖，四季使用太陽能熱水洗浴，多余熱量儲存起來以供陰雨天氣及冬季采暖使用，這樣的綜合解決方案為客戶解決了太陽能與用戶使用不匹配的矛盾，是解決用戶綜合需求的優(yōu)化方案。使用該方案采暖，室內(nèi)溫度可達18~25℃，制冷溫度可為16~18℃，熱水溫度可達45~80℃。并且整個系統(tǒng)集成設計，搭配輔助能源，通過專業(yè)軟件分析，設計人性化，同時整個系統(tǒng)智能化控制，全數(shù)據(jù)顯示，分戶計量，信息準確，有利于整個系統(tǒng)的高效運行。
其他：空氣源熱泵+太陽能熱利用系統(tǒng)+低溫熱水地面輻射供暖系統(tǒng)
空氣源熱泵+太陽能熱利用系統(tǒng)+低溫熱水地面輻射供暖系統(tǒng)是由北京市建設工程物資協(xié)會建筑采暖分會組織大專院校、科研設計單位、企業(yè)等11家單位共同承擔，歷時2年完成，是住建部的科技計劃項目。
這種新型組合系統(tǒng)中的低溫熱水地面輻射供暖，與散熱器必須輸入高溫熱水的情況不同。假如末端采用預制溝槽薄型水地暖系統(tǒng)，輸送熱水的溫度只需35℃即可。整個系統(tǒng)將空氣源熱泵鎖定在最佳工作狀態(tài)，即提供50℃以下的熱水，與高效地暖裝置組合，從而優(yōu)化組合成新的建筑采暖系統(tǒng)，即低溫空氣源熱泵與高效地暖組合式建筑采暖系統(tǒng)。
如今，該系統(tǒng)已在北京、河北秦皇島、山東青島、上海、重慶和長沙等地的住宅、小型公共建筑項目中進行了重點測試。通過對住宅建筑不同供熱方式模擬計算及測試結(jié)果顯示，不同供熱方式的一次能源消耗量排序如下：燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式<低溫空氣源熱泵供熱方式<燃氣壁掛爐<大型燃煤鍋爐供熱方式<區(qū)域燃煤鍋爐供熱方式<直接電采暖供熱方式。
結(jié)合在華北地區(qū)北部課題示范項目測試結(jié)果，項目組的研究得出，凡達到50%節(jié)能設計標準的建筑，冬季采暖+生活熱水使用空氣源熱泵+太陽能的運行費用為每平方米14元～16元，使用空氣源熱泵的為每平方米18元～20元。
2.多能互補集成配套產(chǎn)品
隨著多能互補趨勢的不斷加強，一些集成配套產(chǎn)品也逐漸出現(xiàn)在市場上，目前，有些集成配套產(chǎn)品可以直接應用于多能互補方案中，但有些集成配套產(chǎn)品只能為多能互補集成產(chǎn)品研發(fā)提供設計思路。
邁能高科：多能源集成搪瓷儲熱水箱
邁能高科作為搪瓷內(nèi)膽水箱生產(chǎn)企業(yè)，同時也是“趨勢設定者”，早早就抓住了多能互補發(fā)展趨勢，研制出了GMO多能源集成搪瓷儲熱水箱系列產(chǎn)品。GMO多能源搪瓷儲熱水箱將太陽能、空氣能、天然氣、電等多種能源方式組合使用，擁有太陽能、燃氣互補即熱系統(tǒng)，空氣能、燃氣互補即熱系統(tǒng)，太陽能、空氣能、燃氣多能源互補即熱系統(tǒng)等幾大多能源互補集成系統(tǒng)。
威遜：太陽能泵站
無錫威遜新能源科技有限公司（以下簡稱“威遜”）針對陽臺壁掛太陽能熱水器使用過程中循環(huán)效果不理想的情況研發(fā)了太陽能泵站。該泵站主要用于太陽能一次集熱循環(huán)系統(tǒng)，有利于實現(xiàn)太陽能儲熱水箱溫度的控制。循環(huán)泵站集多種功能原件為一體，同時起到安全、注/泄循環(huán)介質(zhì)，溫度/壓力檢測的作用，循環(huán)管道含供水連接管道和回水連接管道兩路。目前。威遜生產(chǎn)的太陽能泵站主要供給太陽雨、桑普、五星、伯恩、華昇隆等。
雖然，目前威遜太陽能泵站不適宜多能互補應用，但這為我國多能互補應用在配套產(chǎn)品設計方面提供了思路。
創(chuàng)意博、杰奧：控制系統(tǒng)
多能互補作為未來的能源發(fā)展趨勢，對整個方案的精確控制必不可少。隨著太陽能熱利用行業(yè)的發(fā)展，太陽能控制系統(tǒng)技術也日漸進步，目前不少太陽能熱水工程項目中都應用了太陽能熱水工程控制系統(tǒng)。
在太陽能熱利用行業(yè)比較杰出的控制系統(tǒng)生產(chǎn)者有創(chuàng)意博和杰奧。創(chuàng)意博立志于做“太陽能工程控制器的領航者”，目前生產(chǎn)太陽能控制系統(tǒng)，并提供系統(tǒng)集成技術綜合解決方案，并進行數(shù)據(jù)中心遠程監(jiān)管與在線維護。而杰奧則生產(chǎn)除了基于Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可以對整個系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控。
三、我國多能互補目前存在的問題
我國多能互補目前處于起步階段，在發(fā)展過程中主要存在以下問題：
1.在認識上存在誤區(qū)。有太陽能熱利用工程設計人員指出，所謂的互補和節(jié)能，不是一定要保證太陽能達到多少比率，而是整個系統(tǒng)的合理性設計，能源的充分利用。而我們國家很多系統(tǒng)都要求太陽能貢獻率達到70%以上才算節(jié)能，這是不科學的。歐洲的一些太陽能與其他能源互補項目，很多項目太陽能保證率都沒有達到70%，如前文提到的德國Friedrichshafen項目太陽能保證率只有47%。
2.能源搭配不合理。如太陽能與空氣源熱泵互補系統(tǒng)，通常情況下，都是太陽能作為主要熱源，空氣源熱泵作為輔助熱源，但是在一些大的工程項目中，很多設計人員利用招標方不懂太陽能熱利用這一點，在安裝中變成了以空氣源熱泵作為主要熱源，太陽能做為輔助能源。雖然用戶最終能用到熱水，但是在經(jīng)濟效益和節(jié)能效益方面大打折扣。雖然市場上空氣源熱泵系統(tǒng)的價格比太陽能熱水系統(tǒng)價格要昂貴一些，但是在實際工程項目中，工程量越大，空氣源熱泵系統(tǒng)越便宜，因此，很多安裝方就大量安裝空氣源熱泵系統(tǒng)。但是用戶在使用過程中的費用比原來設計的費用要高很多。
3.系統(tǒng)使用效率不高。如太陽能與電輔助加熱系統(tǒng)，很多太陽能與電輔助加熱系統(tǒng)太陽能的使用效率都不高，更多的是用電進行輔助加熱。而太陽能與熱泵、燃氣、生物質(zhì)能等相結(jié)合使用系統(tǒng)也存在相同的問題。
隨著供熱和制冷需求的進一步擴大，多能互補成為未來用能的趨勢之一。我國目前發(fā)展太陽能與其他能源互補使用雖然存在一定問題，但是我們相信，只要我們牢牢把握好這一趨勢，并為之不斷努力，未來太陽能與其他能源互補必將發(fā)展的更好，進一步為我國的節(jié)能減排做出貢獻。
