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利用不锈钢水箱实现环保节能供暖

经过近几年的工程实践,太阳能 + 低温热水地面辐射供暖(简称 “ 水地暖 ” 系统的集成技术己逐渐趋向幼稚,被公认为是一种节能环保的新型供暖系统。现有的工程实践中,有两种这样的系统可供选择。一种是太阳能+壁挂炉的双热源系统,该系统既可以进行供暖又能提供生活热水;另一种是太阳能+空气源热泵(或热泵)系统,该系统可附加辅助电加热设备,可实现采暖、中央空调(制冷)和生活热水的一体化运行。

    太阳能+壁挂炉系统

    该系统能满足地板采暖和生活热水的两大需求。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、舒适且节能的运行效果。这是一种非常成熟的应用方案,已有较多类似的工程实例。

    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 H1 形成一个闭式循环系统。太阳能循环泵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可能导致防冻介质体积和压力发生变化,需在管路中装置膨胀阀、平安阀和膨胀罐。

    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不锈钢水箱加温,换热盘管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,与壁挂锅炉内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,能起到热源混合与水力、流量平衡分配的作用。

    地暖自控系统原理图一中的地暖水泵 P1 P2 能起到循环、增压的作用。若停止水泵运转,可对地暖系统进行舒适性温度控制。非采暖期间,关闭电动阀(图一 AV1 可以切断地暖系统。

    生活热水循环系统该系统中的双盘管换热水箱同时可作为生活热水的容积式保温水箱。热水经三通混水阀混合后,出水温度可保持在 50 摄氏度。双盘管换热水箱、三通混水阀、龙头管道和热水循环泵(图一 P4 共同构成一个中央热水系统。该系统最巧妙的设计是停止采暖(关闭 AV1 电动阀)时,壁挂锅炉的热水经盘管 ( 图二 H2 对换热水箱加温。因此 H2 换热盘管具有 “ 双向换热 ” 作用。这样,太阳能(日照)缺乏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 “ 即开即热,无需放冷水 ”

    太阳能+空气源热泵系统

    该系统能实现地板采暖、生活热水和中央空调(制冷)一体化运行,以太阳能和空气源热泵(或热泵)为主要热源,并可附加辅助电加热设备的多热源系统。该系统设计合理、性价比极高、结构简单,节能效果能达到 40 %以上,一种值得普遍推广的典型方案。

    太阳能地暖系统

太阳能地暖系统是由采暖和空调(共用)水箱、地暖水泵 P2 地暖管路、太阳能集热板组成的供暖系统。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)缺乏时,空气源热泵系统的换热盘管(图二 H1 将对水箱加温,这样能充沛满足水地暖对热源的需求。

    空气源热泵的中央空调(制冷)系统在夏季需要制冷时,自动关闭电动阀中的 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)

    生活热水循环系统当需要对生活热水水箱加温时,需打开两个电动阀 AV1 AV2 这样,生活热水不锈钢保温水箱、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,出水温度可保持在 50 摄氏度。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 “ 即开即热,无需放冷水 ”

    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置方法。太阳能集热板(管)换热介质为普通自来水,集热板顶部位置装置一个排气阀,所配的水箱必需是开敞式保温水箱。水箱必需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。

    太阳能集热板(管)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,要求集热管必需采用抗氧化、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的地暖管道。

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 太阳能(日照)缺乏、空气源热泵都不能满足采暖与热水需求时,启动电加热设备对水箱加温。系统设计时,要充沛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。据笔者了解,一般情况下,辅助电加热在整个系统中的热能比应该少于 20 %,这是评判系统胜利设计的要点。

    随着科学技术的不时进步,随着太阳能等新能源的开发和应用技术的革新,太阳能将更加集约、高效。也许用不了多久,不再需要其他补充或辅助热。