摘要：隨著太陽能應用水平的不斷提高，人們越來越關注太陽能系統(tǒng)與其他供暖供熱系統(tǒng)的聯(lián)合運行，期待一種聯(lián)合解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)能源優(yōu)化，最大限度地使用可再生能源。本文將就太陽能與燃氣壁掛爐聯(lián)合運行以提供生活熱水及采暖的可行性進行分析，并將探討聯(lián)合運行帶來的優(yōu)勢。關鍵詞：壁掛爐太陽能聯(lián)合解決方案1太陽能應用的普及近年來，全球能源問題不斷凸顯，各國政府都在尋求新的能源替代方法，可再生能源在這樣的前提之下得到了前所未有的廣泛發(fā)展。其中太陽能以其容易獲取、容易實施的特點在眾多可再生能源中獨樹一幟，其銷量在近十年的歷程中以每年平均23.5%的速度增長。與銷量同時增長的是人們對于太陽能的認知，開始時人們只是為了用上免費的熱水。盡管那時的太陽能熱水器只能是季節(jié)性的使用，但是不用花錢就能得到熱水滿足了人們那個時期的簡單心理需求，因而也得到了一定的應用。此后隨著太陽能技術的不斷進步，新的太陽能轉(zhuǎn)化技術大幅度提升了太陽能熱水器的效率，太陽能市場贏來了空前的繁榮。隨著太陽能熱水器的逐步普及，人們對于太陽能熱水的要求也越來越深入。目前用戶對于太陽能的要求已經(jīng)到了第三階段，即系統(tǒng)功能方面的需求：太陽能與其他能源優(yōu)化組合進行無縫連接，避免各個系統(tǒng)各自為戰(zhàn)，各施其能造成的能源浪費與不足，同時實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能完善、操作簡易、界面人性化。目前太陽能廠家已經(jīng)意識到了這一點，也在紛紛尋求與其他能源合作的解決方案。2燃氣壁掛爐的應用燃氣壁掛爐源于歐洲，于上個世紀90年代來到中國。雖然進入中國市場的時間比較晚，但是由于國內(nèi)生活水平的迅速提高、氣源的普及、以及中國住宅市場的商品化進程等等因素，壁掛爐在較短的時間里就得到了很快的發(fā)展。分戶式采暖逐漸成為集中采暖有效的補充方式，滿足了沒有城市供熱管網(wǎng)地區(qū)的采暖需求以及有集中供熱地區(qū)停暖期補充采暖的需求。作為純耗氣設備，壁掛爐滿足用戶需求的前提必然是要消耗足夠的燃氣，從而帶來了舒適性與經(jīng)濟性的矛盾。面對這樣的局面，如何節(jié)能使用壁掛爐成為關注的焦點。壁掛爐生產(chǎn)廠家一方面不斷完善產(chǎn)品性能，比如設置四點溫控更加準確地控制出水溫度和燃氣供給量，從設備控制上盡量節(jié)約消耗；另外就是提倡行為節(jié)能，在壁掛爐的控制器中設置多種采暖模式及時間控制，從用戶使用方式的角度來實現(xiàn)節(jié)能。近幾年來，人們開始把眼光又逐步轉(zhuǎn)向了系統(tǒng)節(jié)能，即將壁掛爐與其他的耗能或供能設備聯(lián)合到一個系統(tǒng)里，例如除了直接提供采暖以外，也可為空調(diào)、熱泵、太陽能等設備提供輔助熱源。依靠完善的控制系統(tǒng)充分發(fā)揮各個設備的優(yōu)勢，揚長避短，最終實現(xiàn)能源的優(yōu)化，達到降低總消耗的目的。3太陽能與壁掛爐聯(lián)合系統(tǒng)解決方案如前所述，太陽能和壁掛爐都已經(jīng)有了一定的應用歷史和市場背景，人們已經(jīng)接受并習慣了采用太陽能提供生活熱水、壁掛爐提供采暖的生活模式。隨著近幾年來環(huán)保呼聲的日益高漲，在節(jié)約能源的大環(huán)境感召下兩者不再拘泥于獨立的形式，聯(lián)合運行走上了意識日程，但是這樣做是否有必要、又是否具有可行性呢？太陽能源的特性是數(shù)量巨大，取之不盡，用之不竭；獲取方便、轉(zhuǎn)化率較高；但是時間性、季節(jié)性較強。在夏季時太陽能源密度最高，冬季達到最低，因而同樣面積的太陽能系統(tǒng)在冬季得到的熱量最少。如果將其用于采暖系統(tǒng)，則對它的熱量需求遠非生活熱水可比。在北京地區(qū)，每平米的集熱面積在充分考慮各種影響因素后最終為建筑可提供的熱量在200W左右，以此為依據(jù)可知太陽能用于采暖其集熱面積將達到采暖面積的四分之一左右，如果建筑的維護結構達不到節(jié)能要求則需要的面積會更大。由此引發(fā)的初投資數(shù)量巨大，不在合理的接受范圍之內(nèi)。同時由于太陽能的季節(jié)性、時間性變化，太陽能不足時仍需準備其他能源輔助，還有考慮夏季的能量消耗都成為太陽能采暖發(fā)展的障礙。源于眾多原因，單純使用太陽能作為采暖熱源不具可行性。壁掛爐獨立提供采暖+生活熱水。與熱負荷較低，運行時間分布均勻的采暖相比較，生活熱水用時集中、加熱時間較短，雖然總熱量需求不高，但熱負荷較大(見圖1)。舉例進行計算，加熱300升水，溫升40℃時，壁掛爐功率為13.9kW；建筑面積200㎡，熱負荷為50W/㎡時，壁掛爐功率為10kW。鑒于上述計算，采用壁掛爐同時提供采暖和生活熱水，壁掛爐應選擇比較大的功率，但在采暖時會長期處于低負荷工作狀態(tài)，因此會降低壁掛爐的使用效率，進而影響壁掛爐的使用壽命。由上述分析我們可知單純采用太陽能或壁掛爐進行生活熱水的加熱及采暖都有各自的局限性。如將兩者相結合，則可以充分發(fā)揮各自的特長，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，最終達到能源優(yōu)化，減少環(huán)境污染、降低用戶經(jīng)濟付出等多重效果。太陽能+壁掛爐聯(lián)合解決方案。威能公司綜合太陽能與壁掛爐的運行特點，成功實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的融合，在此聯(lián)合解決方案中可以對如下功能進行控制：(1)太陽能生活熱水溫差循環(huán)：控制器根據(jù)集熱器與水箱之間的溫差控制循環(huán)水泵的啟閉。水箱最高溫度：為了使水箱在太陽能加熱過程中獲取盡可能高的熱量，也為了防止發(fā)生燙傷和結垢，應該設定太陽能水箱的最高溫度。一旦水箱溫度達到該設定值，則循環(huán)水泵關閉，即使集熱器上溫度足夠也不再啟動。太陽能回路高溫保護：當太陽能產(chǎn)熱超過當前需求時，集熱器中溫度會急速升高，當超出傳感器的保護溫度時，太陽能循環(huán)泵將處于關閉狀態(tài)，避免太陽能回路過熱。(2)壁掛爐采暖（散熱器或地暖盤管）壁掛爐采暖系統(tǒng)配以控制系統(tǒng)及相應水力組件可以實現(xiàn)多樣化采暖末端設置，如同時使用散熱器和地暖盤管，以滿足同一用戶在不同功能房間不同的采暖需求。同時配以室內(nèi)溫控器可以實現(xiàn)各房間或區(qū)域的獨立供暖溫度，滿足不同溫感人群的個性化需求。除了提供采暖以外，壁掛爐也提供生活熱水。除采用兩用爐直接提供以外，也可采用系統(tǒng)爐通過水罐提供。在本例中，采用系統(tǒng)爐與太陽能系統(tǒng)聯(lián)合，功能更加完善，系統(tǒng)更加簡捷。（3）壁掛爐輔助太陽能水箱加熱該功能在壁掛爐與太陽能水箱之間建立了聯(lián)系，從結構和運行機制上需要考慮各自的運行特點。首先太陽能生活熱水加熱是中低溫應用，換熱溫差較小，因而其換熱盤管位于水箱下部，并且換熱面積較大；在太陽能運行不足時啟動壁掛爐加熱水箱上部，可以盡快得到需要的水溫。但是壁掛爐中采暖水不能直接進入水箱，因此水箱需要有兩個換熱盤管。其次運行機制注意協(xié)調(diào)，在太陽能工作期間不能啟動壁掛爐輔助加熱，否則影響太陽能的工作效率，而優(yōu)先使用太陽能源是我們需要保證的；再次壁掛爐輔助加熱不能每時每刻都進行，應設置必要的時間段，盡量安排在用戶集中用水之前；輔助加熱的溫度取決于用戶對于用水溫度的設定，這一設置與太陽能循環(huán)的水箱最高溫度是相同的。（4）太陽能輔助采暖回水加熱太陽能水箱儲存的熱量主要用于滿足生活熱水需求，而這個數(shù)量跟采暖所需要的能量相比，相去甚遠。如果將采暖回水直接引回太陽能生活熱水水箱用于加熱，則有兩種可能：其一，在水箱溫度較高時可以將熱量傳遞給采暖水，但因為采暖流量很大，所以這種換熱只能進行很短的時間；其二，在水箱溫度很低時采暖回水實際上并不能從水箱得到能量，反而是給水箱加熱了，這樣的結果就是采暖水溫度降低了，導致壁掛爐更大的輸出負荷，更大的耗氣量，這顯然與我們的初衷背道而馳。因此采用太陽能輔助采暖回水加熱，必須是有條件的輔助，在威能的系統(tǒng)里，其條件是：首先水箱水溫要滿足生活熱水需求；其次水箱溫度比回水溫度要高；在該條件下執(zhí)行回水預熱功能，既能保障生活熱水的使用，也能保障采暖有效地從水箱中汲取熱量。這樣，用戶在不做過多花費的情況下，首先有生活熱水使用，在太陽能量還有余量的情況盡可能為采暖做貢獻，更加充分地利用太陽能。太陽能的采暖回水預熱功能在地板采暖中應用較好，地板采暖的回水水溫在40℃左右，而水箱的生活熱水溫度一般在55～60℃左右，因而非常易于達到回水預熱的條件。在采暖期即將結束或者壁掛爐維護期用于保護系統(tǒng)時該功能也可以發(fā)揮較大作用。4優(yōu)勢目前國內(nèi)大部分太陽能與壁掛爐的系統(tǒng)都是分離運行的，這主要是指控制系統(tǒng)是各自獨立的。既然獨立運行則彼此沒有直接數(shù)據(jù)通訊，因而不能建立溝通和合作。運行過程中難以避免能源重復、能源浪費、運行效率低等弊端。采用太陽能與壁掛爐的聯(lián)合運行系統(tǒng)，采用功能完善的集中控制器，同時進行太陽能系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的無縫連接。優(yōu)先保證太陽能的運行，盡可能使用太陽能源，最大限度發(fā)揮可再生能源的優(yōu)勢，同時保證用戶各種采暖設備的個性化工作。從運行原理上解決了兩個系統(tǒng)的合作關系，共享相同的數(shù)據(jù)信息，因而是互通有無、互為補充的系統(tǒng)。威能公司的VRS620控制器便可以實現(xiàn)上述功能(見圖2)。該控制器可控制比較復雜的太陽能系統(tǒng)和更加復雜的采暖系統(tǒng)，如右圖所示，除了控制太陽能功能以外，還可以同時控制散熱器和地暖兩種溫度截然不同的采暖系統(tǒng)，同時還可以控制落地爐加熱、泳池加熱、生活熱水水罐加熱等功能。它最多可以控制6臺鍋爐、14個采暖回路運行，是不折不扣的系統(tǒng)控制器。同時有太陽能源統(tǒng)計功能，可以計算太陽能系統(tǒng)每個月收集的太陽能數(shù)量，并逐年累計，在控制器上一觸即發(fā)、一目了然。5結語在太陽能壁掛爐聯(lián)合系統(tǒng)各功能中最為新穎的是使用太陽能輔助采暖功能，是一種太陽能與采暖系統(tǒng)相結合的新形式。該系統(tǒng)并非單純采用太陽能系統(tǒng)作為采暖熱源，避免了用戶過量初投資的弊端。太陽能以滿足生活熱水為主要目標，在滿足生活熱水的前提下，多余的太陽能量可用于提升采暖回水溫度，以此來降低壁掛爐的燃氣消耗，最終達到提高太陽能利用率，降低燃氣花費的目的。該利用方式目前已經(jīng)在具體項目中得到使用。鑒于上述分析，太陽能與燃氣壁掛爐聯(lián)合提供生活熱水及采暖方案是完全可行并且有效的。內(nèi)容整理由巴巴傳媒旗下中國壁掛爐網(wǎng)發(fā)布