浅谈太阳能在地板采暖系统中的应用

浅谈太阳能在地板采暖系统中的应用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为重要。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。1.1 系统示意图(图一) ： 曼德瑞“未来之家”舒适系统图一地暖、生活热水-太阳能+壁挂炉系统示意图1.2 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-H1）形成一个闭式循环系统。太阳能循环泵（图-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。1.3 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-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。1.4 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。1.5 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-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。2.1 系统示意图（图二）：曼德瑞“未来之家”舒适系统图二地暖、空调（制冷）、生活热水-太阳能+空气源热泵系统示意图2.2 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。2.3 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）。2.4 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” 。2.5 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。2.6 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。2.7 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