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燃气壁挂炉与太阳能联合供热设计要点

2022-03-22

随着天然气的普及,燃气壁挂炉在家用供暖设备中越来越受欢迎,特别是北方地区结合太阳能使用,不仅能起到良好的供暖效果,还可以节省一大笔开支,同时可以很大程度上地节能减排。

 

今天小编就与大家分享,工业住宅项目采用太阳能和燃气壁挂炉联合加热设计方案,通过分析加热系统、生活热水系统、太阳能热媒体系统原理和控制方案,探索太阳能结合燃气壁挂炉热源系统的适用性及其在工业住宅项目中的应用重点,认为后期工业住宅系统的应用提供参考。

 

随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高,人们越来越期待着舒适、节能、方便的优质生活。对于未实施集中市政热源的住宅区、别墅区、燃气壁挂炉加热系统已成为不可替代的热源形式。太阳能作为一种清洁、高效、低碳的可再生能源,已广泛应用于住宅建筑中。

 

两者的结合不仅可以解决太阳能作为热源的不稳定问题,而且可以减少燃气消耗,充分发挥两者在住宅项目中不可或缺的优势。下面就以某工业住宅项目为例,介绍了太阳能作为热源系统的应用。

 

一、设计输入条件

 

工业住宅项目位于某生态保护区。该地区拥有优越的太阳能资源。项目用地为住宅用地,总建筑面积288059m2,共64栋建筑。建筑主体采用整体混凝土剪力墙结构体系,以三层庭院为主要产品,庭院建筑面积200~300m2。

 

项目地理位置无市政热管网,定位为业主的第二居所,工作日入住率低,周末入住率高。无人入住时,室内温度可满足不低于5℃的防冻温度。

 

通过上述设计输入条件,项目位于寒冷的A区,冬季有供热需求。有两种更合适的热源系统方案:燃气壁挂炉分散供热和自建锅炉房集中供热。两种系统形式的比较如表1所示。


燃气壁挂炉


太阳能作为清洁、高效、低碳的可再生能源,已广泛应用于住宅生活热水中。

 

二、采暖及生活热水系统方案设计

 

根据项目特点,燃气壁挂炉作为分散热源,具有灵活控制、独立测量的优点,可节省设备室和集中管道,结合高效低碳太阳能清洁能源作为住宅供暖热源和生活热水热源,可满足业主全年稳定的供热和热水需求,实现系统运行的经济性。

 

太阳能结合燃气壁挂炉作为热源的加热热水系统主要由燃气壁挂炉、太阳能集热器、双线圈换热水箱三部分组成。其运行环主要分为太阳能热介质集热循环、加热热水循环和生活热水循环。太阳能结合燃气壁挂炉联合加热系统的原理如图1所示。


燃气壁挂炉


燃气壁挂炉系统和太阳能热媒系统是独立和互补的。太阳能热水系统和燃气壁挂炉系统通过双线管换热水箱中的温度传感器自动切换信号。该系统优先考虑太阳能加热,因为太阳能作为热源是不稳定的。当双线管换热水箱温度不符合设定温度时,打开燃气壁挂炉进行辅助加热。

 

1采暖系统控制

 

建筑采暖时,太阳能结合燃气壁挂炉作为热源采暖系统,在房间内设置温度传感器,测量房间实际室温TR。当室内温度Tr为18℃时,启动采暖循环泵;当Tr>20℃时,关闭采暖循环泵。为此热源设计的采暖系统有以下三种运行模式。

 

1)当双线管换热水箱顶部温度大于水箱加热回水温度,水箱加热供水温度大于加热供水设计温度(Tw>T2和T1>Tg)时,无需辅助热源即可满足房间加热需求,这种情况是太阳能独立承受房间加热负荷。

 

2)当双线管换热水箱顶部温度大于水箱加热回水温度,水箱加热供水温度小于加热供水设计温度(Tw>T2和T1Tg)时,需要联动电磁阀1,水箱加热供水进入燃气壁挂炉,从燃气壁挂炉加热到水温满足加热供水设计温度,通过燃气壁挂炉加热供水管进入房间,工况为燃气壁挂炉和太阳能共同承担房间加热负荷。

 

3)燃气壁挂炉独立加热当太阳能系统不启用,热交换水箱排空时,考虑使用燃气壁挂炉独立加热,从燃气壁挂炉加热到水温满足加热供水设计温度,通过燃气壁挂炉加热供水管进入房间,燃气壁挂炉独立承担房间加热负荷。

 

2控制生活热水系统

 

当太阳能和燃气壁挂炉与生活热水系统一起加热时,可分为三种运行条件:①当双线管换热水箱顶部温度Tw≥45℃时,太阳能双线管换热水箱可满足生活热水需求,太阳能独立承担生活热水负荷;②当双线管换热水箱顶部温度Tw≥45℃时,需要连接电磁阀3和电磁阀4,将水箱出水送入燃气壁挂炉进行二次加热。这种情况是燃气壁挂炉和太阳能共同承担生活热水负荷;③当太阳能系统不启用,换热水箱内的水泄漏时,自来水直接送到燃气壁挂炉加热,以满足生活热水的需要。这种情况是燃气壁挂炉独立承担生活热水负荷。

 

3太阳能热媒系统控制

 

太阳能热媒系统循环采用温差控制法,可实现自动控制和手动控制,可根据需要选择控制方法。在太阳能集热板热媒出口设置温度传感器,温度设置为T0,用于测量集热板出口循环的工作质量和温度;在换热水箱底部设置温度传感器,温度设置为TD,用于测量水箱底部的水温。太阳能集热板中的热介质在太阳能辐射加热后温度升高。当集热板热介质出口温度与水箱底部水温的温差达到10℃时,即T0-Td=10℃,打开太阳能热介质循环泵。太阳能通过热介质循环为换热水箱提供热量,水箱内的水通过热介质线圈加热。当太阳光强度小于300W/m2时,太阳能集热板中的热介质温度下降。当集热板热介质出口温度与水箱底部水温的温差达到3℃时,即T0-Td=3℃,太阳能蓄热系统关闭。

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