淺談太陽能在地板采暖系統(tǒng)中的應用

1、淺談太陽能在地板采暖系統(tǒng)中的應用當今社會都在忙于應對能源危機(石油、天然氣、煤、電等不可再生資源日近枯竭)，能源價格不斷上升，日趨嚴重影響國際經(jīng)濟形勢和人們的正常生活，尤其是對高能耗下的新技術新產(chǎn)品的應用形成了巨大阻力:開發(fā)利用可再生能源和太陽能(永不枯竭)成為全球關注的焦點，我國政府也在大力支持和鼓勵開發(fā)和使用新能源和可再生能源。從今年入冬進入采暖期來看，全國不少地方出現(xiàn)“限氣令”（如鄭州、揚州），這正是許多以“天然氣作為熱源”采暖的用戶心中的擔憂。太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應過程釋放出的能量，輻射到地球，人們通過光電，光熱，光化學的方式使之轉化利用以服務人類。其特點是取之不盡，用之

2、不竭，一次投入終身使用，沒有任何污染。也就是說太陽能是綠色環(huán)保的、廉價的能源，如何實現(xiàn)太陽能在地板采暖中的有效利用就顯得尤為重要。本文列舉了兩種應用太陽能的地板采暖系統(tǒng)：一種是太陽能壁掛爐的雙熱源系統(tǒng)，實現(xiàn)采暖與生活熱水功能；另一種是太陽能空氣源熱泵（或熱泵），可附加輔助電加熱設備的多熱源系統(tǒng)，實現(xiàn)集采暖、中央空調(diào)（制冷）、生活熱水為一體的家居舒適系統(tǒng)。1.太陽能壁掛爐系統(tǒng)該系統(tǒng)能實現(xiàn)地板采暖、生活熱水的兩大功能。系統(tǒng)采用太陽能、燃氣壁掛鍋爐兩種熱源，通過一個“流量平衡罐”將兩種熱源有效并機，使整個系統(tǒng)自動化控制，達到操作簡單、舒適性節(jié)能的運行效果。已是一種非常成熟的應用方案，已有較多類似的工

3、程實例。1.1系統(tǒng)示意圖(圖一)： 曼德瑞“未來之家”舒適系統(tǒng)圖一地暖、生活熱水-太陽能+壁掛爐系統(tǒng)示意圖1.2太陽能集熱換熱循環(huán)系統(tǒng)承壓式太陽能集熱板、太陽能循環(huán)泵、雙盤管換熱水箱的一組盤管（圖-H1）形成一個閉式循環(huán)系統(tǒng)。太陽能循環(huán)泵（圖-P5）受溫度控制進行介質(zhì)內(nèi)循環(huán)運轉，循環(huán)介質(zhì)為專用的防凍液。由于防凍液受溫度影響而產(chǎn)生防凍介質(zhì)的體積、壓力變化，需在管路中安裝膨脹閥、安全閥、膨脹罐。1.3太陽能、壁掛鍋爐的雙熱源并機原理太陽能循環(huán)系統(tǒng)對雙盤管換熱水箱加溫，換熱盤管(圖-H2)、水泵P3形成一個循環(huán)系統(tǒng)，將太陽能的熱源水送至流量平衡罐。與壁掛鍋爐的熱水，在流量平衡罐內(nèi)混合。流量平衡罐是兩

4、個熱源系統(tǒng)并機的關鍵部件，起到熱源混合與水力、流量平衡分配的作用。1.4地暖自控系統(tǒng)原理圖一中的地暖水泵P1、P2為地暖循環(huán)泵，能起到循環(huán)、增壓的作用。如停止水泵運轉，也將對地暖系統(tǒng)實現(xiàn)舒適性溫度控制。在非采暖期間，關閉電動閥(圖一AV1)可以切斷地暖系統(tǒng)。1.5生活熱水循環(huán)系統(tǒng)雙盤管換熱水箱，也為生活熱水的容積式水箱。熱水經(jīng)三通混水閥，可恒定為50的出水溫度，與龍頭管道、熱水循環(huán)泵（圖-P4）構成一個中央熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)最巧妙的設計是，在停止采暖（關閉AV1電動閥）時，壁掛鍋爐的熱水經(jīng)盤管(圖中H2)對換熱水箱加溫。因此H2換熱盤管具有“雙向換熱”的作用。這樣在太陽能（日照）不足時也能保障充

5、足的生活熱水。圖中的熱水循環(huán)泵(P4)能實現(xiàn)熱水管道循環(huán)，自動恒定管道水溫，使龍頭出水“即開既熱，無需放冷水”。2.太陽能空氣源熱泵系統(tǒng)該系統(tǒng)能實現(xiàn)地板采暖、生活熱水、中央空調(diào)（制冷）為一體的家居舒適系統(tǒng)。是采用太陽能空氣源熱泵（或熱泵），可附加輔助電加熱設備的多熱源系統(tǒng)。該系統(tǒng)設計優(yōu)化、性價比極高、結構簡單，節(jié)能效果能達到40以上，是一種值得普遍性推廣的典型方案。2.1系統(tǒng)示意圖（圖二）：曼德瑞“未來之家”舒適系統(tǒng)圖二地暖、空調(diào)（制冷）、生活熱水-太陽能+空氣源熱泵系統(tǒng)示意圖2.2太陽能地板采暖系統(tǒng)采暖與空調(diào)(共用)水箱、地暖水泵(圖二P2)、地暖管路、太陽能集熱板，當有采暖需求時，自動控制

6、電動閥AV3、AV4打開(如圖二)構成一個太陽能地板采暖系統(tǒng)。水泵(P2)為地暖循環(huán)水泵，將地暖水直接打入太陽能集熱板進行熱交換。空氣源熱泵作為二級采暖熱源，當太陽能(日照)不足，空氣源熱泵系統(tǒng)的換熱盤管(圖二H1)將對水箱加溫，這樣能充分滿足地板采暖熱源需求。2.3空氣源熱泵的中央空調(diào)（制冷）系統(tǒng)當夏季需要制冷時，自動關閉電動閥圖二中的AV3、AV4，切斷太陽能采暖系統(tǒng)；當空氣源熱泵處于制冷工況，熱交換器（圖二H1）對水箱水溫降溫制冷。啟動空調(diào)水泵（圖二P1），水箱、風機盤管組成一個冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，通過風機盤管與房間空氣對流進行熱交換（吸收熱量）。2.4生活熱水循環(huán)系統(tǒng)當需要對生活熱水水箱加

7、溫，需打開兩個電動閥（圖二AV1、AV2），生活熱水水箱、三通混水閥、水龍管道、熱水循環(huán)泵（圖二P3）構成一個中央熱水循環(huán)系統(tǒng)。熱水經(jīng)三通混水閥，可恒定為50的熱水。 該系統(tǒng)具有兩個獨立的水箱（生活熱水水箱、采暖與空調(diào)水箱），夏天空調(diào)制冷時，不影響生活熱水的使用。圖中的熱水循環(huán)泵 (P3)能實現(xiàn)熱水管道循環(huán)，自動恒定管道水溫，使龍頭出水“即開既熱，無需放冷水”。2.5太陽能集熱板的防凍、過熱方法太陽能集熱板的防凍、過熱采用水介質(zhì)排空的處理方法。太陽能集熱板（管）的換熱介質(zhì)為普通自來水，集熱板頂部位置安裝一個排氣閥，所配的水箱必須是開敞式保溫水箱。水箱必須放在比太陽能集熱板低的位置，利用介質(zhì)水的

8、自重實現(xiàn)排空，需要防凍或過熱排空時，將太陽能集熱板中的水排入水箱。2.6太陽能集熱板（管）的防氧化要求太陽能集熱板（管）需采用特殊技術工藝，確保高效的熱交換性能。由于整個系統(tǒng)屬于開式系統(tǒng)，要求集熱管必須采用抗氧化、抗腐蝕的不銹鋼管。由于該地暖系統(tǒng)處于開式運行，建議選擇抗氧化性能較好地暖管道。2.7輔助電加熱設備本系統(tǒng)的兩個水箱，都可配備一組輔助電加熱設備(圖二R1、R2)。在太陽能（日照）不足，空氣源熱泵都不能滿足采暖與熱水所需要求時，將啟動電加熱設備對水箱加溫。在系統(tǒng)設計時，要充分考慮根據(jù)地域氣候特性、用戶的實際使用狀況、系統(tǒng)初期投資計劃等，盡量使輔助電加熱設備的啟動控制在最短時間內(nèi)。根據(jù)筆者了解，一般講，輔助電加熱在整個系統(tǒng)中的熱能比應該少于20，這是評判系統(tǒng)成功設計的要點。3.結束語隨著科學技術的不斷進步，太陽能等新能源的開發(fā)和利用技術的革新，使得太陽能將更加集約、高