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    太阳能热水工程-太阳能与燃气壁挂炉联合解决方案

:随着太阳能应用水平的不断提高,人们越来越关注太阳能系统与其他供暖供热系统的联合运行,期待一种联合解决方案能够实现能源优化,大限度地使用可再生能源。本文将就太阳能与燃气壁挂炉联合运行以提供生活热水及采暖的可行性进行分析,并将探讨联合运行带来的优势。 关键词:壁挂炉太阳能联合解决方案 1太阳能应用的普及 近年来,全球能源问题不断凸显,各国政府都在寻求新的能源替代方法,可再生能源在这样的前提之下得到了前所未有的广泛发展。其中太阳能以其容易获取、容易实施的特点在众多可再生能源中独树一帜,其销量在近十年的历程中以每年平均23.5%的速度增长。与销量同时增长的是人们对于太阳能的认知,开始时人们只是为了用上免费的热水。尽管那时的太阳能热水器只能是季节性的使用,但是不用花钱就能得到热水满足了人们那个时期的简单心理需求,因而也得到了一定的应用。此后随着太阳能技术的不断进步,新的太阳能转化技术大幅度提升了太阳能热水器的效率,太阳能市场赢来了空前的繁荣。 随着太阳能热水器的逐步普及,人们对于太阳能热水的要求也越来越深入。目前用户对于太阳能的要求已经到了第三阶段,即系统功能方面的需求:太阳能与其他能源优化组合进行无缝连接,避免各个系统各自为战,各施其能造成的能源浪费与不足,同时实现控制系统功能完善、操作简易、界面人性化。 目前太阳能厂家已经意识到了这一点,也在纷纷寻求与其他能源合作的解决方案。 2燃气壁挂炉的应用 燃气壁挂炉源于欧洲,于上个世纪90年代来到中国。虽然进入中国市场的时间比较晚,但是由于国内生活水平的迅速提高、气源的普及、以及中国住宅市场的商品化进程等等因素,壁挂炉在较短的时间里就得到了很快的发展。分户式采暖逐渐成为集中采暖有效的补充方式,满足了没有城市供热管网地区的采暖需求以及有集中供热地区停暖期补充采暖的需求。 作为纯耗气设备,壁挂炉满足用户需求的前提必然是要消耗足够的燃气,从而带来了舒适性与经济性的矛盾。面对这样的局面,如何节能使用壁挂炉成为关注的焦点。壁挂炉生产厂家一方面不断完善产品性能,比如设置“四点温控”更加准确地控制出水温度和燃气供给量,从设备控制上尽量节约消耗;另外就是提倡行为节能,在壁挂炉的控制器中设置多种采暖模式及时间控制,从用户使用方式的角度来实现节能。近几年来,人们开始把眼光又逐步转向了系统节能,即将壁挂炉与其他的耗能或供能设备联合到一个系统里,例如除了直接提供采暖以外,也可为空调、热泵、太阳能等设备提供辅助热源。依靠完善的控制系统充分发挥各个设备的优势,扬长避短,终实现能源的优化,达到降低总消耗的目的。 3太阳能与壁挂炉联合系统解决方案 如前所述,太阳能和壁挂炉都已经有了一定的应用历史和市场背景,人们已经接受并习惯了采用太阳能提供生活热水、壁挂炉提供采暖的生活模式。随着近几年来环保呼声的日益高涨,在节约能源的大环境感召下两者不再拘泥于独立的形式,联合运行走上了意识日程,但是这样做是否有必要、又是否具有可行性呢? 太阳能源的特性是数量巨大,取之不尽,用之不竭;获取方便、转化率较高;但是时间性、季节性较强。在夏季时太阳能源密度高,冬季达到低,因而同样面积的太阳能系统在冬季得到的热量少。如果将其用于采暖系统,则对它的热量需求远非生活热水可比。在北京地区,每平米的集热面积在充分考虑各种影响因素后终为建筑可提供的热量在200W左右,以此为依据可知太阳能用于采暖其集热面积将达到采暖面积的四分之一左右,如果建筑的维护结构达不到节能要求则需要的面积会更大。由此引发的初投资数量巨大,不在合理的接受范围之内。同时由于太阳能的季节性、时间性变化,太阳能不足时仍需准备其他能源辅助,还有考虑夏季的能量消耗都成为太阳能采暖发展的障碍。源于众多原因,单纯使用太阳能作为采暖热源不具可行性。
壁挂炉独立提供采暖+生活热水。与热负荷较低,运行时间分布均匀的采暖相比较,生活热水用时集中、加热时间较短,虽然总热量需求不高,但热负荷较大(见图1)。举例进行计算,加热300升水,温升40℃时,壁挂炉功率为13.9kW;建筑面积200㎡,热负荷为50W/㎡时,壁挂炉功率为10kW。 鉴于上述计算,采用壁挂炉同时提供采暖和生活热水,壁挂炉应选择比较大的功率,但在采暖时会长期处于低负荷工作状态,因此会降低壁挂炉的使用效率,进而影响壁挂炉的使用寿命。 由上述分析我们可知单纯采用太阳能或壁挂炉进行生活热水的加热及采暖都有各自的局限性。如将两者相结合,则可以充分发挥各自的特长,实现优势互补,终达到能源优化,减少环境污染、降低用户经济付出等多重效果。 太阳能+壁挂炉联合解决方案。威能公司综合太阳能与壁挂炉的运行特点,成功实现两个系统的融合,在此联合解决方案中可以对如下功能进行控制: (1)太阳能生活热水 温差循环:控制器根据集热器与水箱之间的温差控制循环水泵的启闭。 水箱高温度:为了使水箱在太阳能加热过程中获取尽可能高的热量,也为了防止发生烫伤和结垢,应该设定太阳能水箱的高温度。一旦水箱温度达到该设定值,则循环水泵关闭,即使集热器上温度足够也不再启动。 太阳能回路高温保护:当太阳能产热超过当前需求时,集热器中温度会急速升高,当超出传感器的保护温度时,太阳能循环泵将处于关闭状态,避免太阳能回路过热。 (2)壁挂炉采暖(散热器或地暖盘管) 壁挂炉采暖系统配以控制系统及相应水力组件可以实现多样化采暖末端设置,如同时使用散热器和地暖盘管,以满足同一用户在不同功能房间不同的采暖需求。同时配以室内温控器可以实现各房间或区域的独立供暖温度,满足不同温感人群的个性化需求。 除了提供采暖以外,壁挂炉也提供生活热水。除采用两用炉直接提供以外,也可采用系统炉通过水罐提供。在本例中,采用系统炉与太阳能系统联合,功能更加完善,系统更加简捷。 (3)壁挂炉辅助太阳能水箱加热 该功能在壁挂炉与太阳能水箱之间建立了联系,从结构和运行机制上需要考虑各自的运行特点。首先太阳能生活热水加热是中低温应用,换热温差较小,因而其换热盘管位于水箱下部,并且换热面积较大;在太阳能运行不足时启动壁挂炉加热水箱上部,可以尽快得到需要的水温。但是壁挂炉中采暖水不能直接进入水箱,因此水箱需要有两个换热盘管。其次运行机制注意协调,在太阳能工作期间不能启动壁挂炉辅助加热,否则影响太阳能的工作效率,而优先使用太阳能源是我们需要保证的;再次壁挂炉辅助加热不能每时每刻都进行,应设置必要的时间段,尽量安排在用户集中用水之前;辅助加热的温度取决于用户对于用水温度的设定,这一设置与太阳能循环的水箱高温度是相同的。 (4)太阳能辅助采暖回水加热 太阳能水箱储存的热量主要用于满足生活热水需求,而这个数量跟采暖所需要的能量相比,相去甚远。如果将采暖回水直接引回太阳能生活热水水箱用于加热,则有两种可能:其一,在水箱温度较高时可以将热量传递给采暖水,但因为采暖流量很大,所以这种换热只能进行很短的时间;其二,在水箱温度很低时采暖回水实际上并不能从水箱得到能量,反而是给水箱加热了,这样的结果就是采暖水温度降低了,导致壁挂炉更大的输出负荷,更大的耗气量,这显然与我们的初衷背道而驰。因此采用太阳能辅助采暖回水加热,必须是“有条件的辅助”,在威能的系统里,其条件是:首先水箱水温要满足生活热水需求;其次水箱温度比回水温度要高;在该条件下执行回水预热功能,既能保障生活热水的使用,也能保障采暖有效地从水箱中汲取热量。这样,用户在不做过多花费的情况下,首先有生活热水使用,在太阳能量还有余量的情况尽可能为采暖做贡献,更加充分地利用太阳能。 太阳能的采暖回水预热功能在地板采暖中应用较好,地板采暖的回水水温在40℃左右,而水箱的生活热水温度一般在55~60℃左右,因而非常易于达到回水预热的条件。在采暖期即将结束或者壁挂炉维护期用于保护系统时该功能也可以发挥较大作用。 4优势 目前国内大部分太阳能与壁挂炉的系统都是分离运行的,这主要是指控制系统是各自独立的。既然独立运行则彼此没有直接数据通讯,因而不能建立沟通和合作。运行过程中难以避免能源重复、能源浪费、运行效率低等弊端。采用太阳能与壁挂炉的联合运行系统,采用功能完善的集中控制器,同时进行太阳能系统和采暖系统的控制,实现两个系统的无缝连接。优先保证太阳能的运行,尽可能使用太阳能源,大限度发挥可再生能源的优势,同时保证用户各种采暖设备的个性化工作。从运行原理上解决了两个系统的合作关系,共享相同的数据信息,因而是互通有无、互为补充的系统。 威能公司的VRS620控制器便可以实现上述功能(见图2)。该控制器可控制比较复杂的太阳能系统和更加复杂的采暖系统,如右图所示,除了控制太阳能功能以外,还可以同时控制散热器和地暖两种温度截然不同的采暖系统,同时还可以控制落地炉加热、泳池加热、生活热水水罐加热等功能。它多可以控制6台锅炉、14个采暖回路运行,是不折不扣的系统控制器。同时有太阳能源统计功能,可以计算太阳能系统每个月收集的太阳能数量,并逐年累计,在控制器上一触即发、一目了然。 5结语 在太阳能壁挂炉联合系统各功能中为新颖的是使用太阳能辅助采暖功能,是一种太阳能与采暖系统相结合的新形式。该系统并非单纯采用太阳能系统作为采暖热源,避免了用户过量初投资的弊端。太阳能以满足生活热水为主要目标,在满足生活热水的前提下,多余的太阳能量可用于提升采暖回水温度,以此来降低壁挂炉的燃气消耗,终达到提高太阳能利用率,降低燃气花费的目的。该利用方式目前已经在具体项目中得到使用。鉴于上述分析,太阳能与燃气壁挂炉联合提供生活热水及采暖方案是完全可行并且有效的。

 
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