如何将太阳能和壁挂炉系统组合使用

跟着社会的提高和糊口水平的进步，人们对环境的关注程度也与日俱增。各国政府，特别是发达国家政府在制定政策时，越来越多地考虑环保方面的因素，以保证社会的可持续发展。开发利用可再生能源和太阳能成为全球关注的焦点，我国政府也在鼎力支持和鼓励开发和使用新能源和可再生能源。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程中开释出的能量，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。太阳能是绿色环保的、廉价的能源。但是在阴雨连绵或气温低的日子，独立太阳能产品就会表现出它的劣势，不能知足用户既节能又恬静的要求，因此开发既节能又恬静的太阳能组合产品就显得尤其重要。下面将先容两种太阳能和壁挂炉组合系统。

 

1 一体式太阳能热水器与模拟调整式壁挂炉结合的独立糊口热水系统

 

其特点:

 

 

(1)太阳能储热水箱与集热板之间采用天然轮回方式，不需要任何其它的调节设备。

 

(2)通过安装在壁挂炉下真个调节组件来实现太阳能热水与壁挂炉的结合使用，温控器安装在三通分流阀的进水端，温控点用户可根据需要调节,当太阳能出水温度低于温控器设定温度时(如40℃)，三通分流阀将太阳能中的低温水送入壁挂炉加热；当太阳能出水温度高于温控器设定温度(如40℃)时，三通分流阀将太阳能中的热水直接送入恒温混水阀热水端。恒温阀出水温度用户也根据需要调节,一旦调好出水温度将保持恒定;这样不管是太阳能热水或壁挂炉加热热水均有恒温混合阀来恒定出水温度。

 

(3)调节组件体积小，不占用空间；操纵简朴，不需要太多技术维护；能完全利用太阳能储水箱的中低温水。

 

(4)卫生水状态的热效率将大大进步。我们以热水产率为13kg/min热效率为90%基准气为G20的单壁挂炉和组合产品为例作对比计算：假定冷水温度是20℃，太阳能热水温度为35℃，而我们需要42℃热水

 

根据公式
  

 

式中：

 

h_u是单机有效效率，%；

 

m是修正后水的质量，kg；

 

V_r(10)是将试验期间测得的燃气用量针对15℃、1013.25毫巴修正后的值

 

H_i是所使用的燃气在15℃、1013.25毫巴和干燥前提下的净热值，MJ/m³；

 

D_p是对应于均匀水流温度试验装置的热损失，包括轮回泵的热损失，KJ，(DP根据实际计算，在这里宁波地暖可以为两种测试状态相同)。

 

单机壁挂炉每分钟燃气用量V_r=4.186*m*(t₂-t₁)/1000*h_u*H_i)=4.186*13(42-20)/(1000*90%*37.78)=0.0352m³

 

太阳能壁挂炉组合系统每分钟燃气用量V_r=4.186*m*(t₂-t₁)/1000*h_u*H_i)=4.186*13(42-35)/(1000*90%*37.78)=0.0112m³

 

 

 

这样比较太阳能壁挂炉组合系统热水状态的热效率比单机壁挂炉高良多；同时在混合水系统配置了恒温混水阀,恒温混水阀的混合出水口处，装有一个热敏元件，利用感温元件的特性推动阀体内阀芯移动，封堵或者开启冷、热水的进水口。在封堵冷水的同时开启热水，当温度调节旋钮设定某一温度后，不论冷、热水进水温度、压力如何变化，进入出水口的冷、热水比例也随之变化，从而使出水温度始终保持恒定，调温旋钮可在产品划定温度范围内任意设定，恒温混水阀将自动维持出水温度。解决洗浴中央水温乍寒乍热的题目，当冷水间断时，混水阀可以在几秒钟之内自动封闭热水，起到安全保护作用，防止烫伤，确保用户热水的恒温恬静性。

 

一体式的太阳能储热水箱与集热板之间采用天然轮回方式换热,集热效率低,需较长的日照时间,且在特别严寒的冬天要通过排空等措施防冻。

 

2 分体式太阳能热水器与单供暖壁挂炉结合的独立供暖及糊口热水系统

 

其特点:

 

 

(1)太阳能储热水箱与集热板之间通过流出和流回板块控制系统轮回换热，太阳能利用效率高，换热快。

 

(2)太阳能储水箱的底部为集热换热盘管，上部为壁挂炉换热盘管。温控器安装在水箱上部，当水温低于设定温度时，温控器给予壁挂炉内部的三通切换阀信号，将供暖环路切换到换热盘管，优先提供糊口热水。储水箱的热水经由恒温混合阀混合后输送到用户端。实现了壁挂炉供暖及糊口热水辅助加热，适合中小住宅中，有空间安装太阳能储水箱的用户。不外储水箱的上部通过温控器随时保持设定的热水温度，壁挂炉的热量通过上部的换热盘管会使整个水箱的温度升高，这样就会降低太阳能的热效率，造成一定的能源铺张。

 

用户首先根据自己所处的地舆位置对太阳能热水器组合系统进行选型和计算:

 

(1)太阳能热水器选型:以兰州某3口之家为例,兰州冬季采暖室外设计温度为-11℃,因此要采用防冻工质二次换热分离式强制轮回太阳能热水器,集热器选用金属热管型玻璃真空管集热器,安装于屋顶,安装角度与当地纬度相同,辅助热源为燃气壁挂炉。

 

(2)户日用热水量计算：根据兰州当地实际情况，设定q_d=40L/人*日，水温60℃

 

Q=m*q_d=3*40L=120(L/d)

 

(3)集热器面积计算：A_c=Q*c*ρ(t_e-t_L)*f/[J_t*η(1-η_L)]

 

A_c—集热器面积(m²)；

 

t_e—储水罐内水的设定温度(℃)

 

t_L—储水罐内水的初始温度(℃)

 

f—太阳能保证率(%)：即对应必要的糊口热水负荷量，由太阳能供应的比率；应根据系统使用期内的日照前提、系统经济性及用户要求等要素综合考虑后确定；一般30-80%为宜；

 

J_t—当地集热器采光面上的均匀日太阳辐射量（KJ/m²）；根据年总太阳能辐射量（由普通住宅太阳能集热器面积选配速查表查得，然后除以365天而得）；

 

η—集热器均匀集热效率，无量纲，根据经验取值，一般0.45-0.50为宜；详细取值应根据集热器产品的实际测试结果而定；

 

η_L—集热系统热损失率。依系统保温措施定,经验值为η_L=0.1-0.2,分离式取上限值；

 

c—水的比热,c=4.187(kj/kg·℃）；

 

ρ—热水密度(kg/L)。

 

按照: Q=120(L/d)；t_e=60℃；t_L=10℃；f=60%；J_t=16319(KJ/m²)(兰州)；η=0.55；η_L=0.2；c=4.187(kj/kg·℃）；ρ=1(kg/L)计算。A_c=2.1m²；即选用2.1m²集热器。

 

(4)储水罐容积

 

V_设计=1.3V_有效=1.3×120=156L。即选用156L储水罐。

 

(5)壁挂炉计算Q_m=1.1Σq_s(t_r-t_L)×60/25

 

Q_m—水温升为25℃时，壁挂炉每分钟产热水量(L/min)；

 

q_s—用具的额定秒流量（L/s）；

 

t_r—使用时的热水温度（℃）；

 

t_L—冷水温度（℃）；

 

25—产品额定产热水量所对应的水温升划定值（25℃）。

 

按照t_r=60℃；t_L=10℃；q_s=0.1×0.7=0.07 L/s(按只使用一个节水淋浴器计算)

 

Q_m=1.1×0.07(60-10)×60/25=9.24(L/min)。即选用热水产率为10L/min的壁挂炉,此壁挂炉其答应的进水温应能知足集热系统出水温度的要求,且具有根据水温度自动调节燃气量,保证恒温供暖功能。

 

(6)根据集热系统供水和回水的温度差,确定轮回水泵的大小,通常温差为10℃。

 

(7)换热盘管设计:通常内置式换热盘管设计根据换热盘管面积即是集热器面积的35%-40%计算。

 

(8)膨胀罐的选型

 

在集热轮回系统内,为了避免液体加热膨胀从安全阀泄漏或损坏系统,膨胀罐是必不可少的元件,按照下面公式计算选型:

 

V_u=(V_c×e+V_p)×k

 

V_u=膨胀罐的有效容积 (L)

 

V_c=集热轮回系统液体量(L)

 

e=液体膨胀系数:水0.045;水/乙二醇溶液0.07

 

K=安全系数:通常取1.1

 

V_n=V_u×(P_f+1)/(P_f-P_i)

 

V_n=膨胀罐的额定容积 (L)

 

V_u=膨胀罐的有效容积 (L)

 

P_f=最高压力。(bar)通常安全阀的开启压力为0.5bar

 

P_f=起始压力。(bar)又称预冲压力

 

(9)安全阀、排气阀的选配

 

通常选为开启压力为0.5bar安全阀；排气阀应安装在系统的顶端，耐高温，及时排出集热系统中存在的空气。

 

接着按照相关尺度、安装说明进行安装调试。分体式的太阳能储热水箱与集热板之间通过轮回泵强制轮回换热，集热效率高，在特别严寒的冬天因系统轮回液为水/乙二醇溶液防冻液，可以有效防冻；在温度较高，日照较长的夏天，只要集热器和储水罐匹配公道，膨胀罐和安全阀选型准确，预冲压力得当，集热系统的过热题目也较轻易控制。

 

3 结论

 

太阳能组合系统受地舆位置等环境因素影响很大，在选配组合时要因地制宜，且一次投资大，假如没有政府相应的鼓励政策，用户很难接受。但是跟着经济水平的不断发展，政府和人民节能意识的逐步进步和技术的不断成熟，太阳能和壁挂炉等组合系统必将得到广泛应用。

 

当然，太阳能热水器和壁挂炉组合方式良多，如何有效利用需要我们不断研究！