簡析家用太陽能 燃?xì)獗趻鞝t采暖系統(tǒng)
文章來源:未知時間:2022-01-16
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太陽能應(yīng)用于家用采暖市場還比較少，但隨著節(jié)能理念的深入，以及采暖市場的逐步擴大，太陽能采暖必將成為整個家用采暖市場的一個重要組成部分。
太陽能在能源領(lǐng)域中是無可爭辯的最節(jié)能最環(huán)保的能源。但其缺點也非常明顯：1）能量過于分散；2）受天氣和季節(jié)影響較大；3）利用效率偏低。所以在利用太陽能時，輔助能源是必不可少的。燃?xì)獗趻鞝t作為一種主流的分戶采暖設(shè)備，其主要優(yōu)點在于不受天氣影響，使用舒適度高。因此，從理論上說，太陽能和壁掛爐組合的采暖系統(tǒng)將能兼具節(jié)能和舒適的優(yōu)點。本文將從實際角度出發(fā)，以實例簡析家用太陽能+燃?xì)獗趻鞝t采暖系統(tǒng)的配置選擇和連接方案設(shè)計。
家用太陽能+燃?xì)獗趻鞝t采暖系統(tǒng)的系統(tǒng)配置將通過以下計算來進行具體分析。本文將以上海有200m2面積要進行太陽能+燃?xì)獗趻鞝t采暖系統(tǒng)的設(shè)計為例進行實例模擬計算。
第一步：按體積熱指標(biāo)法計算供暖所需熱量
具體公式如下：
Q=q×v×（t2-t1）×10-3 KW
式中：Q—建筑物的供暖設(shè)計熱負(fù)荷；v—建筑物的外輪廓體積
t2—室內(nèi)溫度；t1—室外溫度；q—建筑物比熱特性指標(biāo)
上式中的參數(shù)為：t2=18℃，t1=0℃，v=560m3（200m2采暖）
q=1W/m3·℃（參考簡明供熱設(shè)計手冊表8-3）
求得：Q=1×560×（18-0）×10-3≈10KW
全日供暖設(shè)計負(fù)荷為：
10×3600×24=864000KJ/天
第二步：太陽能集熱面積計算
1）確認(rèn)上海采暖季太陽能的輻射能量（假設(shè)上海采暖季為11月、12月、1月、2月、3月，具體數(shù)據(jù)查詢國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集06SS128《太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝》）
2）確定太陽能系統(tǒng)的太陽能吸收率（一般在40%～50%）
3）確定系統(tǒng)的太陽能保證率（通過計算情況綜合考慮）
根據(jù)以上表格的計算可知，如果需要太陽能來提供采暖的所有熱量，一個需要200m2采暖的別墅將需要鋪設(shè)超過120m2的太陽能板。如此大面積太陽能板的鋪設(shè)，明顯不是普通別墅可以達到。而且如果配置了如此大面積的太陽能板，在非采暖季將會造成非常大的能源浪費。所以在確定太陽能采暖時，必須同時要考慮太陽能保證率。
太陽能保證率是指系統(tǒng)中太陽能提供能量在整個系統(tǒng)中的占比。一般的太陽能提供熱水的系統(tǒng)，太陽能保證率的范圍在50%～80%。但相對于太陽能采暖系統(tǒng)來說，需要有一個新的考慮方式。在上海等偏南方城市，采暖季比較短。在上文中暫定了5個月的采暖季，而實際上，上海真正需要采暖的月份根據(jù)每年天氣情況會有差異，一般在3～5個月。在這樣的實際情況下，如果選用太陽能采暖超過50%的太陽能保證率，則在非采暖季，太陽能熱水只用于生活用水的情況下，會造成比較大的能源浪費。下面將通過計算來具體說明非采暖季的太陽能使用情況，以10月份，60m2太陽能板為例。
上海10月的太陽能參數(shù)為：太陽能輻射月日均值為13560KJ/m2；太陽能系統(tǒng)效率約為50%。則太陽能系統(tǒng)日吸收能量為13560×50%=6780KJ/m2；60m2太陽能板日吸收能量為6780×60m2=406800KJ。而當(dāng)前別墅10月份的用水需求為：居住人數(shù)5人，每人每天使用100L，60℃的熱水。而此季節(jié)的冷水溫度平均為15℃左右。（以上生活用水參數(shù)參考建筑給排水設(shè)計規(guī)范表5.1）根據(jù)上述參數(shù)可計算得每日此別墅的用水所需消耗的能量為：Q=cmt=4.2×100×5×（60-15）=94500KJ，所需熱量只占太陽能總熱量的25%左右。
所以，太陽能采暖系統(tǒng)的太陽能保證率應(yīng)該在30%～50%比較合理。在如上海等偏南方城市，采暖季比較短的情況下，可選用較低的太陽能保證率：30%。而在北方采暖季較長的城市可選用50%的太陽能保證率。而本系統(tǒng)推薦的太陽能板面積將是120×30%=36m2。
在確定系統(tǒng)配置后，接下來將要確定家用太陽能+壁掛爐采暖系統(tǒng)的系統(tǒng)連接。此系統(tǒng)的連接方案可謂多種多樣，市場上尚未有統(tǒng)一的連接方案。以下我將介紹系統(tǒng)主流的三種連接方案。
方案介紹：此方案采用雙盤管水箱把太陽能和壁掛爐組合成一體。在采暖時，壁掛爐與水箱串聯(lián)。壁掛爐加熱的熱水經(jīng)過采暖回路降溫后進入水箱預(yù)熱，再進入壁掛爐再次加熱。此方案連接方便，成本較低。其最大的問題在于陰雨天水箱溫度低于采暖回水路的水溫時，會對采暖的效果有一定影響。
方案介紹：此方案是方案一的改進，在采暖回水路進入水箱的位置增加了一個溫控的三通閥。當(dāng)采暖回水溫度低于水箱溫度時，采暖回水進入水箱進行預(yù)熱；而當(dāng)采暖回水溫度高于水箱溫度時，采暖回水將不進入水箱，直接回到壁掛爐回水端。此方案成功解決了陰雨天水箱溫度低于采暖回水路水溫的問題。
方案介紹：此方案采用雙溫控閥，通過溫控閥的切換，可以實現(xiàn)各種連接模式的合理切換，具體見以下分解狀態(tài)圖。
狀態(tài)一：當(dāng)水箱溫度足夠高時，采暖將不需要壁掛爐參與，完全由水箱為采暖提供熱量。
狀態(tài)二：此狀態(tài)其實就是方案一模式。當(dāng)水箱溫度無法單獨提供采暖，需要壁掛爐輔助的情況。
狀態(tài)三：此狀態(tài)其實就是方案二模式下的一種工作模式。當(dāng)水箱溫度低于采暖回水溫度時，單獨由壁掛爐提供采暖。
以上三種狀態(tài)分別是，太陽能單獨供暖、太陽能+壁掛爐聯(lián)合供暖、壁掛爐單獨供暖?？梢哉f是最完整的一種連接模式。當(dāng)然，本系統(tǒng)大部分時間將工作在方案一模式。方案二和方案三都是方案一的一種補充和完善。具體的設(shè)計，將根據(jù)系統(tǒng)的不同配置進行選擇。
本文對家用太陽能+燃?xì)獗趻鞝t采暖系統(tǒng)的配置選擇和連接方案設(shè)計進行了簡單的介紹?，F(xiàn)在，太陽能應(yīng)用于家用采暖市場還比較少，但隨著節(jié)能理念的深入，以及采暖市場的逐步擴大，太陽能采暖必將成為整個家用采暖市場的一個重要組成部分。
參考文獻：
《太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝》中國建筑科學(xué)研究院組織編制
李岱森《簡明供熱設(shè)計手冊》中國建筑工業(yè)出版社
GB50015-2003《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》
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