太阳能结合燃气在住宅供热中的应用

摘要:随着太阳能在生活热水领域中应用不断增加，用户对太阳能热水系统的要求已经到了一个新阶段，即太阳能与其他能源优化组合进行无缝连接，避免各个系统单独使用，各施其能造成能源浪费与不足。 　　1应用实例 　　1.1工程概况 　　北京怀柔某镇生态发展示范区环境整治定向安置房项目，热水供应方式采用燃气壁挂炉辅助太阳能供热集成系统。 　　1.2系统设计亮点 　　1.2.1燃气壁挂炉与太阳能完美结合 　　由于太阳能的不稳定性，导致系统运行不稳定，为此，我们研发出一种可以安全、稳定综合供热系统。如图1。 　　该系统包括太阳能集热器、容积式换热器和燃气热水器，容积式换热器上的热媒循环液通过热媒循环管路与太阳能集热器上热媒循环液连接，其进、出水口通过热水循环管路连接，保证供水压力，减少对燃气壁挂炉的冲击，延长使用寿命。 　　热水供水管路上设有混水阀，将从容积式换热器出来的热水混合到恒定温度，再进入燃气壁挂炉，避免水温不恒定使得燃气炉频繁启动，减少燃气耗能。 　　1.2.2平板集热器防冻 　　我们采用防冻液一水二次换热、防冻液双回路循环技术。既解决了水冻结及冻坏问题，还解决了水结垢问题。 　　1.2.3系统全智能运行 　　本系统为全智能控制系统，PLC 控制器，实现全自动控制；控制程序将温度、水位、时间和流量等参数巧妙融合，可优先利用太阳能，减少辅助加热燃气消耗；当用户用水条件发生变化时，控制程序可任意更改升级，简单方便。 　　1.2.4太阳能与建筑相结合 　　本设计把建筑、太阳能技术和景观设计融为一体。将太阳能集热器通过支架统一安装在土建预留好的坡屋面混凝土支墩上，确保太阳能集热器安全可靠；将容积式换热器及水泵安装在坡屋面阁楼间内，既有效利用闲置空间，还不影响建筑物整体外观；将热水管道统一布置在厨房侧边墙上，再连接到每户燃气壁挂炉，既方便管道连接安装和运行管理，又美观、节省空间。如图2。 　　1.3系统的设计计算 　　1.3.1 容积式换热器设计选型 　　以1号楼为例，系统采用分区供水形式，高区选取5t卧式容积式换热器；低区选取2个1t卧式容积式换热器。换热器采用不锈钢换热管，碳钢壳体，壳程耐压1.0MPa，管程耐压1.0MPa，保温为50mm厚橡塑保温棉。 　　1.3.2太阳能集热器设计选型 　　以1号楼为例，日用热水量7t；系统设计冷、热水温度分别为15℃、60℃。北京地区太阳集热器采光面的太阳辐照量为1.7万kJ/（m2·d）。根据GB 50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》,太阳能保证率按50%计算，太阳能集热器采光面积计算公式为： 　　用集热面积为2m2的平板型太阳能集热器，本项目为间接换热系统，并结合建筑屋面实际情况，太阳能集热器布置面积约176m2，通过上述计算及屋面布置情况，太阳能保证率可达50%，节能效果明显。 　　1.3.3燃气壁挂炉设计选型 　　以1号楼一户为例，日用热水量90L；系统设计冷、热水温度分别为15℃、60℃，所需燃气壁挂炉功率为： 　　1.4系统的运行与控制 　　太阳能集热系统：当集热器温度＞承压水箱温度8℃（可调）时，如图1，太阳能循环泵P1运行，将集热器中的热媒通过盘管和承压水箱中的水进行换热；反之，P1停止运行。反复循环，将承压水箱中的水加到设定温度60℃（可调）。 　　补液系统：当太阳能循环系统由于缺液导致系统压力＜设定压力时，补液电动阀自动打开，延时60s后，补液泵P3启动进行补液；反之，P3停止运行,延时60s后补液电动阀关闭。 　　供水系统：太阳能热水系统采用承压水箱承压供水，保证系统供水压力平衡,且供水主管道安装混水阀，将水温控制在40℃（可调），克服了太阳能水压不稳定，对燃气壁挂炉的冲击，提高系统安全性。 　　燃气辅助加热系统：太阳能热水系统采用分散式燃气辅助加热，当阴雨天、雾霾天气，光照不足时，承压水箱水温＜设定温度40℃（可调），用户用水时，可通过燃气壁挂炉进行二次加热，供至用户用水终端，保证系统实现24小时供水。 　　2结语 　　北京怀柔某镇生态发展示范区环境整治定向安置房项目实现和示范了太阳能与燃气壁挂炉结合在住宅项目中的应用，解决了太阳能与燃气结合供热系统难题，扩大了太阳能应用领域，做到了太阳能系统与建筑的和谐统一，为提倡低碳经济的今天做出了巨大贡献。（天普新能源科技有限公司/丁海兵、肖丽梅、孙海娇）