【知识】简析家用太阳能+燃气壁挂炉采暖系统

 摘 要：太阳能应用于家用采暖市场还比较少，但随着节能理念的深入，以及采暖市场的逐步扩大，太阳能采暖必将成为整个家用采暖市场的一个重要组成部分。

关键词：太阳能；壁挂炉；采暖系统

太阳能在能源领域中是无可争辩的节能环保的能源。但其缺点也非常明显：1）过于分散；2）受天气和季节影响较大；3）利用效率偏低。所以在利用太阳能时，辅助能源是必不可少的。燃气壁挂炉作为一种主流的分户采暖设备，其主要优点在于不受天气影响，使用舒适度高。因此，从理论上说，太阳能和壁挂炉组合的采暖系统将能兼具节能和舒适的优点。本文将从实际角度出发，以实例简析家用太阳能+燃气壁挂炉采暖系统的配置选择和连接方案设计。

家用太阳能+燃气壁挂炉采暖系统的系统配置将通过以下计算来进行具体分析。本文将以上海有200m²面积要进行太阳能+燃气壁挂炉采暖系统的设计为例进行实例模拟计算。

第1步：按体积热指标法计算供暖所需热量

具体公式如下：

Q=q×v×（t2-t1）×10^-3 KW

式中：Q—建筑物的供暖设计热负荷；v—建筑物的外轮廓体积

t2—室内温度；t1—室外温度；q—建筑物比热特性指标

上式中的参数为：t2=18℃，t1=0℃，v=560m³（200m2采暖）

q=1W/m³·℃（参考简明供热设计手册表8-3）

求得：Q=1×560×（18-0）×10-3≈10KW

全日供暖设计负荷为：

10×3600×24=864000KJ/天

第2步：太阳能集热面积计算

1）确认上海采暖季太阳能的辐射（假设上海采暖季为11月、12月、1月、2月、3月，具体数据查询国家建筑标准设计图集06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》）

2）确定太阳能系统的太阳能吸收率（一般在40%～50%）

3）确定系统的太阳能保证率（通过计算情况综合考虑）

根据以上表格的计算可知，如果需要太阳能来提供采暖的所有热量，一个需要200m²采暖的别墅将需要铺设超过120m²的太阳能板。如此大面积太阳能板的铺设，明显不是普通别墅可以达到。而且如果配置了如此大面积的太阳能板，在非采暖季将会造成非常大的能源浪费。所以在确定太阳能采暖时，同时要考虑太阳能保证率。

太阳能保证率是指系统中太阳能提供在整个系统中的占比。一般的太阳能提供热水的系统，太阳能保证率的范围在50%～80%。但相对于太阳能采暖系统来说，需要有一个新的考虑方式。在上海等偏南方城市，采暖季比较短。在上文中暂定了5个月的采暖季，而实际上，上海真正需要采暖的月份根据每年天气情况会有差异，一般在3～5个月。在这样的实际情况下，如果选用太阳能采暖超过50%的太阳能保证率，则在非采暖季，太阳能热水只用于生活用水的情况下，会造成比较大的能源浪费。下面将通过计算来具体说明非采暖季的太阳能使用情况，以10月份，60m²太阳能板为例。

上海10月的太阳能参数为：太阳能辐射月日均值为13560KJ/m²；太阳能系统效率约为50%。则太阳能系统日吸收为13560×50%=6780KJ/m²；60m²太阳能板日吸收为6780×60m²=406800KJ。而当前别墅10月份的用水需求为：居住人数5人，每人每天使用100L，60℃的热水。而此季节的冷水温度平均为15℃左右。（以上生活用水参数参考建筑给排水设计规范表5.1）根据上述参数可计算得每日此别墅的用水所需消耗的为：Q=cmt=4.2×100×5×（60-15）=94500KJ，所需热量只占太阳能总热量的25%左右。

所以，太阳能采暖系统的太阳能保证率应该在30%～50%比较合理。在如上海等偏南方城市，采暖季比较短的情况下，可选用较低的太阳能保证率：30%。而在北方采暖季较长的城市可选用50%的太阳能保证率。而本系统推荐的太阳能板面积将是120×30%=36m²。

在确定系统配置后，接下来将要确定家用太阳能+壁挂炉采暖系统的系统连接。此系统的连接方案可谓多种多样，市场上尚未有统一的连接方案。以下我将介绍系统主流的三种连接方案。

方案介绍：此方案采用双盘管水箱把太阳能和壁挂炉组合成一体。在采暖时，壁挂炉与水箱串联。壁挂炉加热的热水经过采暖回路降温后进入水箱预热，再进入壁挂炉再次加热。此方案连接方便，成本较低。其大的问题在于阴雨天水箱温度低于采暖回水路的水温时，会对采暖的效果有一定影响。

方案介绍：此方案是方案一的改进，在采暖回水路进入水箱的位置增加了一个温控的三通阀。当采暖回水温度低于水箱温度时，采暖回水进入水箱进行预热；而当采暖回水温度高于水箱温度时，采暖回水将不进入水箱，直接回到壁挂炉回水端。此方案成功解决了阴雨天水箱温度低于采暖回水路水温的问题。

方案介绍：此方案采用双温控阀，通过温控阀的切换，可以实现各种连接模式的合理切换，具体见以下分解状态图。

状态一：当水箱温度足够高时，采暖将不需要壁挂炉参与，完全由水箱为采暖提供热量。

状态二：此状态其实就是方案一模式。当水箱温度无法单独提供采暖，需要壁挂炉辅助的情况。

状态三：此状态其实就是方案二模式下的一种工作模式。当水箱温度低于采暖回水温度时，单独由壁挂炉提供采暖。

以上三种状态分别是，太阳能单独供暖、太阳能+壁挂炉联合供暖、壁挂炉单独供暖。可以说是完整的一种连接模式。当然，本系统大部分时间将工作在方案一模式。方案二和方案三都是方案一的一种补充和完善。具体的设计，将根据系统的不同配置进行选择。

本文对家用太阳能+燃气壁挂炉采暖系统的配置选择和连接方案设计进行了简单的介绍。现在，太阳能应用于家用采暖市场还比较少，但随着节能理念的深入，以及采暖市场的逐步扩大，太阳能采暖必将成为整个家用采暖市场的一个重要组成部分。