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(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)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(chǔ)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(huì)產(chǎn)生大量的污染物。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與化石能源的短缺，提高能源利用率和保護(hù)自然環(huán)境問(wèn)題日益突出。目前我國(guó)建筑運(yùn)行能耗在社會(huì)總能耗中約占27%。根據(jù)近30年來(lái)能源界的研究和實(shí)踐，普遍認(rèn)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(diǎn)外，還具有其他種類燃料電池?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)：中高溫工作，動(dòng)力學(xué)過(guò)程快，無(wú)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(lái)的腐蝕和電解液流失問(wèn)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?xì)浠衔镒魅剂希慌欧诺奈矚鉁囟雀?，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(shì)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(jìn)一步提高天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)的能源利用效率，實(shí)現(xiàn)建筑能源梯級(jí)利用，有效降低建筑能耗。

為了實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，同時(shí)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(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)系統(tǒng)。系統(tǒng)中天然氣、太陽(yáng)能、電能互為補(bǔ)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(yuǎn)高于一般的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(dǎo)報(bào),2008,22(5):22

[3] 張磊，劉昌盛.建筑節(jié)能,2014,42(282):52。

技術(shù)實(shí)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(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)系統(tǒng)，不但利用固體氧化物燃料電池高效發(fā)電，同時(shí)將發(fā)電過(guò)程中的余熱也利用起來(lái)，并將太陽(yáng)能引入到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)中的天然氣、太陽(yáng)能、電能互為補(bǔ)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(yuǎn)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(jì)效益和社會(huì)效益。

為實(shí)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(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)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(jī)組、第二水泵，空調(diào)末端設(shè)備，板式換熱器，太陽(yáng)能熱水器，第一閥組，第二閥組一種燃料電池和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)系統(tǒng)，，生活熱水箱的進(jìn)水端與燃料電池的出水端相連，生活熱水箱出水端通過(guò)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(yáng)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(yáng)能熱水器進(jìn)水端相連，太陽(yáng)能熱水器的出水端與生活熱水箱的進(jìn)水端相連。

進(jìn)一步地，用于控制太陽(yáng)能溫差循環(huán)的第一支路通過(guò)管路直接與太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)水端相連，用于制冷的第二支路與通過(guò)吸收式溴化鋰機(jī)組后與太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)水端相連，用于制熱的第三支路通過(guò)板式換熱器后與太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)水端相連，吸收式溴化鋰機(jī)組的冷溫水回水口通過(guò)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(shí)刻第一閥組和第二閥組各自只開(kāi)啟一條支路。

進(jìn)一步地，用于與板式換熱器換熱的第一支路通過(guò)板式換熱器和吸收式溴化鋰機(jī)組的冷溫水進(jìn)水口相連，第二支路通過(guò)管路直接與吸收式溴化鋰機(jī)組（5）的冷溫水進(jìn)水口相連。

進(jìn)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(jìn)水端接自來(lái)水，燃料電池的進(jìn)氣端接天然氣。

進(jìn)一步地，所述吸收式溴化鋰機(jī)組為內(nèi)置有機(jī)組加熱器的熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組。

進(jìn)一步地，生活熱水箱具有與冷水箱的進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步地，所述空調(diào)末端設(shè)備為風(fēng)機(jī)盤(pán)管、新風(fēng)機(jī)組或空調(diào)機(jī)組。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

燃料電池高效發(fā)電，同時(shí)利用市政自來(lái)水將發(fā)電過(guò)程中的余熱也利用起來(lái)，避免了資源浪費(fèi)。同時(shí)，本發(fā)明將太陽(yáng)能引入到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)中的天然氣、太陽(yáng)能、電能互為補(bǔ)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(yuǎn)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(jì)效益和社會(huì)效益。系統(tǒng)中的第一閥組根據(jù)太陽(yáng)能熱水器進(jìn)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(kāi)關(guān)，分別對(duì)應(yīng)制冷、制熱、太陽(yáng)能系統(tǒng)的溫差循環(huán)，分別對(duì)應(yīng)不同季節(jié)用戶的需求。

附圖說(shuō)明

圖1為燃料電池和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例是對(duì)于本發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步說(shuō)明以作為對(duì)本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡(jiǎn)單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。

參見(jiàn)圖1，燃料電池和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的建筑多能互補(bǔ)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(jī)組5、第二水泵6，空調(diào)末端設(shè)備7，板式換熱器8，太陽(yáng)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(jī)組5為內(nèi)置有機(jī)組加熱器51的熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組，熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組的具體型號(hào)為RGD021JT。所述空調(diào)末端設(shè)備7為風(fēng)機(jī)盤(pán)管、新風(fēng)機(jī)組或空調(diào)機(jī)組。

燃料電池1的進(jìn)水端接市政自來(lái)水，燃料電池1的進(jìn)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(jìn)水端相連，生活熱水箱3還具有與冷水箱2的進(jìn)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(lái)水帶走燃料電池1的余熱，余熱水利用市政自來(lái)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(dāng)水箱溫度不滿足生活熱水要求時(shí)，啟動(dòng)電加熱，當(dāng)水箱水位過(guò)高時(shí)溢流進(jìn)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(guò)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(yáng)能溫差循環(huán)的第一支路通過(guò)管路直接與太陽(yáng)能熱水器9的進(jìn)水端相連，用于制冷的第二支路通過(guò)吸收式溴化鋰機(jī)組5后與太陽(yáng)能熱水器9的進(jìn)水端相連，用于制熱的第三支路通過(guò)板式換熱器8后與太陽(yáng)能熱水器9的進(jìn)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(yáng)能熱水器9進(jìn)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(kāi)關(guān)，分別對(duì)應(yīng)制冷、制熱、太陽(yáng)能系統(tǒng)的溫差循環(huán)，同一時(shí)刻第一閥組10只開(kāi)啟一條支路，吸收式溴化鋰機(jī)組5的回水口通過(guò)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(yáng)能熱水器9的出水端與生活熱水箱3的進(jìn)水端相連?？照{(diào)末端設(shè)備7的冷溫水出口通過(guò)第二閥組11分成兩路，一路直接連接至與吸收式溴化鋰機(jī)組5的冷溫水進(jìn)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(jìn)口，用于采暖工況，同一時(shí)刻第二閥組11只開(kāi)啟一條支路。

系統(tǒng)所用的熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組有兩種驅(qū)動(dòng)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(shí)，由天燃?xì)庋a(bǔ)燃；采暖工況下，空調(diào)冷溫水溫度不足時(shí)，天然氣補(bǔ)燃。

未開(kāi)空調(diào)，太陽(yáng)能熱水器9出口溫度與生活熱水箱3溫度差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，優(yōu)選6-15℃，第一水泵4啟動(dòng)，熱水通過(guò)第一閥組10直接接入太陽(yáng)能熱水器9，而后回到水箱中，完成太陽(yáng)能系統(tǒng)的溫差循環(huán)；循環(huán)一段時(shí)間后，溫度差變小，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，優(yōu)選1-5℃，第一水泵4關(guān)閉。

夏季制冷空調(diào)時(shí)，生活熱水箱3中的熱水由第一水泵4驅(qū)動(dòng)，通過(guò)第一閥組10連接至熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組，再經(jīng)太陽(yáng)能熱水器9加熱后回到生活熱水箱3；同時(shí)，空調(diào)冷溫水由第二水泵6驅(qū)動(dòng)，經(jīng)熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組降溫后，連接至末端采用空調(diào)盤(pán)管、新風(fēng)機(jī)組或空調(diào)機(jī)組，經(jīng)第二閥組11繞過(guò)板式換熱器8直接回到熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組。

冬季采暖時(shí)，生活熱水箱3中的熱水由第一水泵4驅(qū)動(dòng)，通過(guò)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(yáng)能集熱器9加熱后回到生活熱水箱3；同時(shí)，空調(diào)冷溫水由第二水泵6驅(qū)動(dòng)，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(jìn)熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組5，溴化鋰機(jī)組檢測(cè)空調(diào)冷溫水溫度，未達(dá)設(shè)定值60-65℃則啟動(dòng)天然氣補(bǔ)燃將空調(diào)冷溫水加熱至設(shè)定溫度，達(dá)到設(shè)定溫度則熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組不運(yùn)行，冷溫水經(jīng)過(guò)熱水-直燃雙效吸收式溴化鋰機(jī)組后返回第二水泵6。