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摘要：本文介绍了以太阳能热源为主的地板采暖系统，并有效结合壁挂锅炉或空气源热泵热源，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。阐述了系统示意图、系统构造、水循环系统、技术特点及原理。本文仅为水系统示意及其技术说明，电气自动控制系统，有待日后续篇。关键词：太阳能、地板采暖、生活热水、中央空调（制冷）、壁挂炉、空气源热泵、流量平衡罐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于重要。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）：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（图一H1）形成一个闭式循环系统。太阳能循环泵（图一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（图一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（图一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）：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、高效。也许用不了多久，将可能不再需要其他补充或辅助的热源;就可以达到舒适性节能的，较低成本投入、极低运行费用的家居舒适系统。