太阳能与壁挂炉有效配合的实践研究

随着人们对家居舒适性要求的进一步提高，在我国江南的大部分地方，例如上海、南京、杭州等地，越来越多的家庭使用壁挂锅炉来解决生活热水和采暖热水的需要。但是使用壁挂锅炉消耗大量的燃气，需要一笔不小的运行费用。而太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程释放出来辐射到地球的能量。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。如何能够将太阳能和壁挂锅炉进行有效配合，充分提高太阳能的利用率，降低壁挂锅炉的运行成本，构建节约型社会，同时不降低用户对热需求的要求，将是本文阐述的重点。
1 单纯生活热水需求
当太阳能热水器仅仅作为生活热水的辅助供应时，可以采用如图1所示的设计方案，壁挂锅炉和太阳能热水器以并联的形式存在。当有生活热水需求时，控制器根据安装在太阳能热水器上的温度传感器探测此时太阳能热水器水箱中热水的温度，如果温度大于40℃，则控制器将太阳能出水管上的电磁阀1打开，将壁挂锅炉生活热水供水管上的电磁阀2关闭，这样所需的生活热水就是太阳能产生的热水，壁挂锅炉不进行工作；当太阳能水箱的水温低于40℃时，控制器将太阳能出水管上的电磁阀l关闭，将壁挂锅炉生活热水供水管上的电磁阀2打开，这样所需的生活热水就是壁挂锅炉产生的热水。这样的联合工作可以解决一般用户对生活水的需求，同时由于太阳能热水器的存在，可以节省大量的能源消耗。但是，对于打开水龙头就需要生活热水的高端用户来讲，这种方案还存在一定的缺陷，不能够瞬间供应生活热水。

图1 壁挂锅炉与太阳能热水器的并联形式

图2 “瞬间热水供应形式示意图
为了解决上述方案中存在的弊端，可以将太阳能热水器和壁挂锅炉通过生活热水储热水箱连接在一起，加上生活热水循环管来实现“瞬间热水供应”。如图2所示。当温度传感器1探测到储热水箱的温度低于40℃时，通过控制器检测太阳能水箱温度传感器2的温度是否达到50℃。如果达到了50℃，就控制器开启循环泵1，使得太阳能水箱中的热水和双效储热水箱的水进行换热，达到加热生活热水的目的；当检测到太阳能水箱温度传感器2的温度低于50℃时，就控制壁挂锅炉运行，通过壁挂锅炉的生活热水制备模式对双效换热水箱中的水进行加热。由此可见，一旦双效储热水箱中生活热水温度低于预设温度，就可以通过太阳能热水器或者壁挂锅炉将水箱中的水加热，而且是优先利用太阳能进行加热，达到节约能源的目的。同时，由于循环水泵2能够将生活热水通过生活热水水箱→热水龙头→生活热水水箱之间的环路按照一定的预先设定的程序进行循环，就能够保障水龙头一打开，就会有热水供应。这种方案的缺点在于能源的浪费，包括水泵运行费用和热水冷却散发的热量两个方面。
2 采暖热水需求
当需要采暖的室内温度低于预先设定的温度时，控制器发出循环泵2运行的信号，同时控制器将根据安装在太阳能热水器上面的温度传感器反馈回来的温度信号决定使循环泵1运行(见图3)，是使用太阳能作为热源进行采暖，还是使壁挂锅炉按照预先设定的采暖模式进行运行。由于采暖系统采用的是低温地板辐射采暖模式，故采暖系统对采暖热水的温度要求不高，一般不低于45℃即可。在我国，基本上每平米的太阳能热量能够达到1000W，而对于墙体保温性能好、门窗热损失小的建筑而言，冬季每平米的热负荷80W基本能够满足采暖需要。如果在屋顶安装10m2的太阳能板，对于一般建筑面积在150m2左右的家庭而言，基本上能够满足整个采暖需要。

图3 采暖模式运行示意图
当太阳能热水器的水温达到50℃以上时，控制器控制电磁阀1，3开启，电磁阀2，4，5关闭，循环泵1运行，壁挂锅炉不工作，整个采暖系统就可以以太阳能为热源进行低温地板采暖，达到节约运行成本的目的。
当太阳能的温度低于20℃时，太阳能不能够满足室内采暖需要，出于节能方面的综合考虑，此时控制器控制电磁阀2，5开启，电磁阀1，3，4关闭，循环泵1停止运行，而启动壁挂锅炉提供采暖所需要的热量。
当太阳能的温度处于20℃～50℃时，单纯依靠太阳能不能够满足室内采暖的需要。但是由于太阳能还能够提供一定的热量，此时，在控制器的控制下，电磁阀1，2，4开启，电磁阀3，5关闭，循环泵1和壁挂锅炉同时运行。此时采暖水经过太阳能初次加热获得部分热量后，经过电磁阀1，4进入壁挂锅炉进行二次加热，然后经过电磁阀2后进入换热器进行换热，最后在循环泵1的作用下再次回到太阳能进行初次加热。这种运行模式下，太阳能和壁挂锅炉同时为系统提供热量，而消耗燃料的壁挂锅炉是作为辅助热源出现的，不仅可以尽最大可能利用太阳能的热量，而且可以充分保障采暖系统的舒适性。当然，如果我们将换热器替换成换热水箱，将可以为较大规模的建筑提供大量的生活热水用于洗漱、洗澡等，也可以为游泳池提供热水。
可以说，随着科学技术的不断进步以及太阳能板、控制元器件等价格的进一步下降，太阳能将会作为一种新兴能源进入越来越多的行业。人们的生活将越来越离不开太阳能提供的热量，将会节省大量的一次性不可再生能源，保护我们本来已经比较脆弱的地球环境系统。