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曼瑞德:浅谈太阳能在地暖系统中的应用
曼瑞德:浅谈太阳能在地暖系统中的应用
来源:中制冷设备网    2009-7-16
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   摘要:本文介绍了以太阳能热源为主的地板采暖系统,并有效结合壁挂锅炉或空气源热泵热源,实现集采暖、中央空调(制冷)、生活热水为一体的家居舒适系统。阐述了系统示意图、系统构造、水循环系统、技术特点及原理。本文仅为水系统示意及其技术说明,电气自动控制系统,有待日后续篇。

    关键词:太阳能、地板采暖、生活热水、中央空调(制冷)、壁挂炉、空气源热泵、流量平衡罐

 

    当今社会都在忙于应对能源危机(石油、天然气、煤、电等不可再生资源日近枯竭),能源价格不断上升,日趋严重影响国际经济形势和人们的正常生活,尤其是对高能耗下的新技术新产品的应用形成了巨大阻力;开发利用可再生能源和太阳能(永不枯竭)成为全球关注的焦点,我国政府也在大力支持和鼓励开发和使用新能源和可再生能源。

    从今年入冬进入采暖期来看,全国不少地方出现“限气令”(如郑州、扬州),这正是许多以“天然气作为热源”采暖的用户心中的担忧。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程释放出的能量,辐射到地球,人们通过光电,光热,光化学的方式使之转化利用以服务人类。其特点是取之不尽,用之不竭,一次投入终身使用,没有任何污染。也就是说太阳能是绿色环保的、廉价的能源,如何实现太阳能在地板采暖中的有效利用就显得尤于重要。本文列举了两种应用太阳能的地板采暖系统:一种是太阳能+壁挂炉的双热源系统,实现采暖与生活热水功能;另一种是太阳能+空气源热泵(或热泵),可附加辅助电加热设备的多热源系统,实现集采暖、中央空调(制冷)、生活热水为一体的家居舒适系统。

    (1)太阳能+壁挂炉系统

    该系统能实现地板采暖、生活热水的两大功能。系统采用太阳能、燃气壁挂锅炉两种热源,通过一个“流量平衡罐”将两种热源有效并机,使整个系统自动化控制,达到操作简单、舒适性节能的运行效果。已是一种非常成熟的应用方案,已有较多类似的工程实例。  
(2)太阳能集热换热循环系统

    承压式太阳能集热板、太阳能循环泵、双盘管换热水箱的一组盘管(图一H1)形成一个闭式循环系统。太阳能循环泵(图一P5)受温度控制进行介质内循环运转,循环介质为专用的防冻液。由于防冻液受温度影响而产生防冻介质的体积、压力变化,需在管路中安装膨胀阀、安全阀、膨胀罐。

    (3)太阳能、壁挂锅炉的双热源并机原理

    太阳能循环系统对双盘管换热水箱加温,换热盘管(图一H2)、水泵P3形成一个循环系统,将太阳能的热源水送至流量平衡罐。与壁挂锅炉的热水,在流量平衡罐内混合。流量平衡罐是两个热源系统并机的关键部件,起到热源混合与水力、流量平衡分配的作用。

    (4)地暖自控系统原理

    图一中的地暖水泵P1、P2为地暖循环泵,能起到循环、增压的作用。如停止水泵运转,也将对地暖系统实现舒适性温度控制。在非采暖期间,关闭电动阀(图一AV1)可以切断地暖系统。

    (5)生活热水循环系统

    双盘管换热水箱,也为生活热水的容积式水箱。热水经三通混水阀,可恒定为50℃的出水温度,与龙头管道、热水循环泵(图一P4)构成一个中央热水系统。该系统最巧妙的设计是,在停止采暖(关闭AV1电动阀)时,壁挂锅炉的热水经盘管(图中H2)对换热水箱加温。因此H2换热盘管具有“双向换热”的作用。这样在太阳能(日照)不足时也能保障充足的生活热水。图中的热水循环泵(P4)能实现热水管道循环,自动恒定管道水温,使龙头出水“即开既热,无需放冷水”。

 

2、太阳能+空气源热泵系统

    该系统能实现地板采暖、生活热水、中央空调(制冷)为一体的家居舒适系统。是采用太阳能+空气源热泵(或热泵),可附加辅助电加热设备的多热源系统。该系统设计优化、性价比极高、结构简单,节能效果能达到40%以上,是一种值得普遍性推广的典型方案。

      
(1)太阳能地板采暖系统

    采暖与空调(共用)水箱、地暖水泵(图二P2)、地暖管路、太阳能集热板,当有采暖需求时,自动控制电动阀AV3、AV4打开(如图二)构成一个太阳能地板采暖系统。水泵(P2)为地暖循环水泵,将地暖水直接打入太阳能集热板进行热交换。空气源热泵作为二级采暖热源,当太阳能(日照)不足,空气源热泵系统的换热盘管(图二H1)将对水箱加温,这样能充分满足地板采暖热源需求。

    (3)空气源热泵的中央空调(制冷)系统

    当夏季需要制冷时,自动关闭电动阀图二中的AV3、AV4,切断太阳能采暖系统;当空气源热泵处于制冷工况,热交换器(图二H1)对水箱水温降温制冷。启动空调水泵(图二P1),水箱、风机盘管组成一个冷冻水循环系统,通过风机盘管与房间空气对流进行热交换(吸收热量)。

    (4)生活热水循环系统

    当需要对生活热水水箱加温,需打开两个电动阀(图二AV1、AV2),生活热水水箱、三通混水阀、水龙管道、热水循环泵(图二P3)构成一个中央热水循环系统。热水经三通混水阀,可恒定为50℃的热水。该系统具有两个独立的水箱(生活热水水箱、采暖与空调水箱),夏天空调制冷时,不影响生活热水的使用。图中的热水循环泵(P3)能实现热水管道循环,自动恒定管道水温,使龙头出水“即开既热,无需放冷水”。

    (5)太阳能集热板的防冻、过热方法

    太阳能集热板的防冻、过热采用水介质排空的处理方法。太阳能集热板(管)的换热介质为普通自来水,集热板顶部位置安装一个排气阀,所配的水箱必须是开敞式保温水箱。水箱必须放在比太阳能集热板低的位置,利用介质水的自重实现排空,需要防冻或过热排空时,将太阳能集热板中的水排入水箱。
(6)太阳能集热板(管)的防氧化要求

    太阳能集热板(管)需采用特殊技术工艺,确保高效的热交换性能。由于整个系统属于开式系统,要求集热管必须采用抗氧化、抗腐蚀的不锈钢管。由于该地暖系统处于开式运行,建议选择抗氧化性能较好地暖管道。

    (7)辅助电加热设备

    本系统的两个水箱,都可配备一组辅助电加热设备(图二R1、R2)。在太阳能(日照)不足,空气源热泵都不能满足采暖与热水所需要求时,将启动电加热设备对水箱加温。在系统设计时,要充分考虑根据地域气候特性、用户的实际使用状况、系统初期投资计划等,尽量使辅助电加热设备的启动控制在最短时间内。根据笔者了解,一般讲,辅助电加热在整个系统中的热能比应该少于20%,这是评判系统成功设计的要点。

 

    3、结束语

    随着科学技术的不断进步,太阳能等新能源的开发和利用技术的革新,使得太阳能将更加集约、高效。也许用不了多久,将可能不再需要其他补充或辅助的热源;就可以达到舒适性节能的,较低成本投入、极低运行费用的家居舒适系统。

    备注:本文的技术数据收集、论证,得到重庆温馨时代暖通设备有限公司郭春雨先生、北京龙创太阳能自控技术有限公司张建平先生的大力支持,在此深表感谢!
 

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