传热学课程设计

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太阳能与燃气壁挂炉双剑合璧

太阳能与燃气壁挂炉双剑合璧 ........................................................ 错误！未定义书签。 1国内外现状 ................................................................................................................... 4

1.1世界能源现状......................................................... 4 1.2我国地方供暖现状 ..................................................... 4 1.3社会上供暖设备的现状 ................................................. 6 2太阳能燃气壁挂炉集成供热 ........................................................................................... 8

2.1太阳能燃气集成供热系统 ............................................... 8 2.2太阳能燃气壁挂炉集成供热系统结构 ..................................... 8 3太阳能燃气壁挂炉集成供热系统设计 ........................................................................... 10

3.1建筑耗能分析........................................................ 10 3.2太阳能集热器面积计算 ................................................ 10

3.2.1直接系统太阳能集热器总面积计算 ............................... 10 3.2.2间接系统太阳能集热器总面积计算 ............................... 10 3.2.3集热器面积补偿 ............................................... 11 3.3太阳能热水系统安装 .................................................. 11

3.3.1集热器安装 ................................................... 11 3.3.2贮热水箱的容积计算 ........................................... 11 3.4太阳能燃气壁挂炉集成供热系统运行与控制 .............................. 11

3.4.1系统控制 ..................................................... 11 3.4.2运行控制 ..................................................... 11 3.5太阳能燃气集成生活热水系统设计 ...................................... 12

3.5.1太阳能燃气集成生活热水系统运行原理 ........................... 12 3.5.2太阳能燃气集成生活热水系统组成 ............................... 12 3.5.3太阳能燃气集成生活热水系统特点 ............................... 12 3.6太阳能燃气集成洗浴采暖系统设计 ...................................... 13

3.6.1太阳能燃气集成洗浴采暖系统运行原理 ........................... 13 3.6.2太阳能燃气集成洗浴采暖系统组成 ............................... 13 3.6.3太阳能燃气集成洗浴采暖系统特点 ............................... 13

4太阳能壁挂炉组合系统热效率计算 .............................................................................. 15

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5结论 ............................................................................................................................ 16 6结束语 ........................................................................................................................ 17 7参考文献 ..................................................................................................................... 18

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摘 要

介绍了太阳能燃气集成供热系统的特点，详细阐述了太阳能燃气集成生活热水系统和太阳能燃气集成洗浴采暖系统的原理和结构，通过对这两种供热系统的经济性和环境效益进行了分析，提出了设计太阳能燃气集成供热系统应该注意的问题。

关键词：

集成供热系统，燃气壁挂炉，太阳能，环保，节能 3

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1国内外现状

1.1世界能源现状

能源形势日益严峻，能源价格不断上升，开发利用可再生能源太阳能、风能等已成为全球关注的焦点，我国政府也在大力支持和鼓励开发使用新能源和可再生能源；同时随着国家对节能减排的大力提倡，不少消费者都十分愿意选择节能环保型的采暖方式。

随着新能源不断进入热水器行业以及新技术的突破，热水器产品正朝着燃气、电能、太阳能、空气能多种能源合一的趋势发展

业内人士认为，像电能热水器漏电、煤气热水器通风不好都会产生危险，太阳能热水器也有自身的缺点，采取“多能互补能源集成”才是正道。从发展趋势来看，将来的热水器产品将是燃气、电能、太阳能和空气能等多种能源合一，这既可以解决各种能源热水器本身的短板，又符合节能环保的要求。

“2010年，万和技术创新的重点是研发与突破节能、环保、减排相关的核心技术，推动燃气具行业技术升级，在研制符合未来节能环保趋势的空气能+燃气、太阳能+燃气、电能+燃气及多能互补能源集成热水系统方面硕果累累。”广东万和新电气股份有限公司品牌管理部部长李惠珍告诉记者，在目前节能减排的社会大环境下，市场对新能源产品提出了迫切的消费需求，根据万和的战略规划，2011年新能源产品及组合利用燃气能、空气能、太阳能的多能互补能源集成热水系统将成为产品推广的重点。

据了解，多能源合一的热水器产品，如今已经成为全球热水器行业未来的发展趋势。美国热水巨头A.O.史密斯全球研发中心，就创新推出全新一代产品太阳能+电热水器集成一体机，引起了极大关注。

万家乐新闻发言人李涛也表示，未来家庭能源利用方式会往多能源趋势发展，太阳能、风能、空气能在具体条件下都可称低碳能源，生产厂家考虑更多的是如何将居民生活习惯与当地地域气候特点结合，从而开发出能源利用效率最高、最便民的热水器产品。

1.2我国地方供暖现状

在北方，严冬季节普遍采用集中供热，通过热力管网，把区域锅炉房或者热电厂的热流源源不断地输送到千家万户温暖了住宅，也温暖了人心。可是在南方，没有集中供热，广大居民冬季还生活在冰冷之中，不得不说是一种遗憾。

我国幅员辽阔，地域宽广，根据最冷月平均温度和日平均温度的不同，全国可分成了 5 个区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和

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地区 ，只有严寒地区和寒冷地区的建筑才有冬季保暖的要求。

也就是说，南方很多城市，如成都、重庆、长沙等地，居民住房的保温性比较差，且一般不考虑采暖。其实，这些地区冬季也是比较冷的，只是冷的时间没有北方那样漫长 在这些不是很冷或寒冷时间持续不是很长的地区，投资发展集中供热显然是不经济的 在这些采暖的边缘地区，燃气采暖热水炉（俗称壁挂炉）、热泵、电热采暖有着较大的发展空间，燃气采暖热水炉适合城市拥有天然气的住户使用，热泵可以用于公共建筑的采暖；电热膜、发热电缆也是个不错的选择，但电是高品位能源，国家投巨资建设水电站、火力发电厂，如果直接用电来发热采暖显然比较奢侈；另一方面，阶梯电价即将实行，同样是能源，电价将来可能像汽油一样变得很高。

据相关数据，使用好的燃气采暖热水炉分户采暖的费用要比集中供暖便宜很多，尤其对于白天家中没人的上班一族据说，现在北京集中供暖一般为一个季度，采暖价格为 30元每平方米，如果 100平方米的房子至少要3000 元左右！如果用质量好的燃气采暖热水炉，平均一个采暖季，每平方米的费用为18~28 元 如果房子朝向好，入住率高、保温做得好，那就更省了！

城市燃气基本采用天然气，其主要成分为甲烷（化学分子式 CH4 ），燃烧产物主要是水和二氧化碳，因此可以说是一种清洁能源 而燃煤锅炉房或者火电厂，都是燃烧煤获得电或热，污染都比较大的 因此推广使用天然气为原料的燃气采暖热水炉，有利于减轻国家用电紧张的局面；有利于减少对化石燃料、煤的依赖，减少环境污， 现在燃气采暖热水炉技术已经比较成熟了，单户燃气采暖热水炉具备较高的安全性、经济性、灵活性。

燃气采暖热水炉的输出温度一般可以达到30~80 ，而我们知道，住宅选用的散热器一般采用 80/60 的参数，如果燃气采暖热水炉总在高端温度区运行，对其使用寿命显然是不利的。住宅选用地暖盘管的话，需要的温度只是 60 以下，一般采用 50/40，已经足够了，甚至可以更低燃气采暖热水炉在温度相对较低的状态运行，有利于延长其使用寿命，炉子运行温度低，也有利于减少表面的散热损失和烟气的排气热损失，住户自己设置燃气采暖热水炉，有更大的灵活性，比如白天上班家里没人，可以降低地暖循环水运行温度，以减少燃料的消耗，将功能设定为下班提高运行地暖循环水的运行温度，当用户到家时，温度已经达到所需温度 这样操作既舒适又节能，达到最大程度节能使用燃气采暖热水炉的另外一个好处是同时可以提供生活热水 使用一套燃气采暖热水炉的集中热源系统，既提供了采暖热水，又提供生活热水，一举两得。

南方地区太阳能一般比较充足，我们可以把太阳能热水系统连接到燃气采暖热水炉采暖与生活热水系统之中，做成一体化的集中热水系统,可以这样运行：当太阳能充足的时候，通过阀门转换，太阳能集热板和燃气采暖热水炉并联运行，

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把太阳能集热板产生的热水存储到保温水箱 把保温水箱当作热源，供给地暖采暖系统 把燃气采暖热水炉作为太阳能热水的辅热热源；当太阳能不充足或采暖季之初，通过阀门转换，太阳能集热板和燃气采暖热水炉串联运行，用太阳能集热板产生的热水预热温度较低的地暖回水，再由燃气采暖热水炉二次加热地暖循环水，达到设计参数；当太阳能起不到多大作用的时候，可直接使用燃气采暖热水炉采暖 太阳能是免费的，但不稳定；燃气采暖热水炉稳定，但需要燃料；地板辐射供暖仅需要较低品位的热水 综合其各自优势，取长补短，以期取得最大的节能效果。

1.3社会上供暖设备的现状

中国家电研究院副总工程师张亚晨表示：“事实上，消费者需要不是热水器，消费者需要的是热水，而提供热水解决方案是企业在产品开发、技术转型创新上的一个总体思路，热水器的产品提供商要逐渐转向家庭热水整体解决方案的提供商。”

在节能产品进行演变的过程中，热水器企业开始出现跨界经营，如过去的电热水器品牌开始研发燃气热水器、热泵热水器，燃气热水器企业亦推出电热与太阳能结合等产品，传统的电热水器、燃气热水器企业阵营正在互相渗透。

“当前，热水器行业跨界式的竞争趋势越来越明显，以海尔为代表的电储水式热水器的领军品牌正在逐步地进入燃气热水器市场，近3年海尔在燃气热水器这块逐步提升比重；A.O.史密斯不仅是牢牢占据了电储水式热水器第二名的位置，它正在努力地进军燃气式热水器领域；此外，阿里斯顿、惠尔浦等企业也有类似的发展态势。”中怡康市场研究总监彭煜表示。

尽管具有明显的优点，也符合未来的发展趋势，但作为一种新生事物，多能源合一的热水器产品目前在全世界都属于新的技术难题，突破技术瓶颈，成为其下一步发展的关键。

李惠珍指出，多能互补能源集成的热水器并非简单的将燃气、电能、太阳能和空气能进行简单的叠加，当阴天的时候太阳能不好使就使电能，停电的时候就使燃气。而是要将这些能源有机整合、优势互补，这需要在技术层面作出新突破，这必将引领整个热水器行业的新革命。

目前，国内的大多数热水器厂家都开始多条腿走路，万和、万家乐、美的等厂家，都拥有燃气热水器、电热水器、太阳能热水器等多条生产线和产品。如作为传统能源产品的代表企业之一的万和，2010年在新能源应用领域就相继开发了热泵、壁挂炉和平板式太阳能、多能互补能源集成热水系统等产品。

记者了解到，有关多能源热水器的标准制定也进入了“收官”阶段，国家标准《多能源组合热水器》早已通过专家审核。该标准以规范性附录形式提出热泵辅

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助储水式热水器、太阳能辅助储水式热水器、热泵、太阳能组合辅助储水式热水器的技术要求。

随着社会的进步和人们生活水平的提高，人们对环境的关注程度也与日俱增。各国政府，特别是发达国家政府在制定政策时，越来越多地考虑环保方面的因素，以保证社会的可持续发展 开发利用可再生能源和太阳能成为全球关注的焦点，我国政府也在大力支持和鼓励开发使用新能源和可再生能源 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 太阳能是绿色环保的、廉价的能源，但是在阴雨连绵或气温低的日子，独立太阳能产品就会表现出它的劣势，不能满足用户既节能又舒适的要求，因此开发既节能又舒适的太阳能 组合产品就显得尤其重要。

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2太阳能燃气壁挂炉集成供热

2.1太阳能燃气集成供热系统

对于低碳环保型采暖方式，中国低碳环保联盟（中国低碳传媒网）提出了一个最新的概念，那就是“需要的时候用，不需要的时候停止”。使用燃气壁挂炉采暖，采暖时间可以自由设定，可随意开启，每个房间温度可自由调节；而且是自然、健康舒适、节能环保的采暖方式，满足了上述概念的要求，不仅在宏观上减少了国家能源消耗和污染，而且在微观上也减少了家庭的采暖能耗。

将太阳能和燃气壁挂炉系统相结合，同时使用太阳能和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，这种双热源并机的原理是：太阳能循环系统对双盘管换热水箱加温，换热盘管、水泵形成一个循环系统，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。其中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。

这种双热源并机设计，不仅实现了太阳能和燃气两种清洁能源的完美结合，而且实现了整个系统的自动化控制，达到了操作简单、舒适节能的运行效果。通过这种配合，用户可以在阳光充足的时候，优先使用太阳能作为热源;当太阳能所提供的热能无法满足需求时可以使用天然气作为补充能源，不仅满足了用户的采暖和热水需求，而且可以达到操作简单、舒适性节能的运行效果。

太阳能燃气集成供热系统是将太阳能和燃气壁挂炉组合集中在一个系统内，应用智能控制技术对太阳能和燃气能全自动控制，太阳能优先、燃气能辅助，最终实现洗浴、采暖功能的家用供热设备。该复合系统综合了太阳能供热和燃气壁挂炉供热的优点，通过克服各自的缺点，既保证了舒适的使用效果，又减少了二氧化碳排放，节省能源。

2.2太阳能燃气壁挂炉集成供热系统结构

太阳能与壁挂炉进行优势互补，可解决冬天太阳光照弱、光照时间短、温度低、温差大、热水需求量大等问题，该系统由太阳能集热板加热模块、、冷凝式燃气壁挂炉辅助加热模块及地板采暖方式三大模块组成，其中太阳能集热板加热模块优先运行，主要部件包括：承压式太阳能集热板、冷凝式燃气壁挂炉、双盘管容积式储水罐、循环泵等。

太阳能集热板加热模块：由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形成闭式循环系统，太阳能循环泵受温度控制进行介质内循环运转，循环介质为专用防冻液 由于防冻液受温度影响而产生体积 压力变化，需

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在管路安装膨胀阀、安全阀、膨胀罐、太阳能集热板主要功能是加热储水罐中的生活用水，储水罐放置于室内，可便捷取用热水；由于太阳能集热板表面有特殊涂层，对太阳能可见光中的长波发射率很低，可有效滞留收集太阳能热量，通过水泵不断循环，储水罐的盘管换热系统，从而实现对储水罐中的水进行加热，在冬季模式时，当储水罐中的热量富余时，可通过启动采暖模块，进行室内供暖冷凝式燃气壁挂炉辅助加热模块：壁挂炉设有夏季和冬季两种模式，夏季模式只有加热水罐生活用水的功能，冬季模式具有加热水罐功能及室内采暖功能。加热水罐功能：当无光照的阴雨天或寒冷季节，在太阳光强度不足的情况下，启动冷凝式壁挂炉加热系统，对水罐进行加热并达到用户设定温度，从而提供热水功能。室内采暖功能：在冬季模式下，当采暖温度底于用户设定的采暖温度时，启动冷凝式壁挂炉，三通阀切换，通过地板采暖的方式，实现家庭供暖地板采暖方式：系统采用太阳能，冷凝式燃气壁挂炉两种热源，通过一个流量平衡罐将两种热源有效并机，使系统实现自动化控制，达到操作简单、舒适、节能的运行效果 同时使用地板采暖将更有效地提高冷凝式燃气壁挂炉的热效率，发挥冷凝式燃气壁挂炉节能效果 普通壁挂炉的排烟温度约为 120 ，而冷凝式燃气壁挂炉的排烟温度可降至 50 ，地板采暖的回水温度可低至 30 在换热器中能充分吸收气中的热量，从而实现节能。

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3太阳能燃气壁挂炉集成供热系统设计

3.1建筑耗能分析

本文以武汉100m2 的标准层普通多层住宅为例分析建筑耗材，外墙传热系数为2.45W/(m2?K);外门传热系数为2.57W/(m2?K)。冬季室内设计温度为18°C。室外计算温度为?6°C。客厅面积为 15m2；卧室1面积为10m2 ；卧室2面积为20m2；阳台面积为5m2，餐厅面积8m2；卫生间面积8m2。经计算可得总热负荷（计算方法见《使用供热空调设计手册》）。

根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003，家庭成员日需热水用量60L/(人?d)。按3人设计，用热水量为180L·d，每日小时耗热量为3.32KW。计算太阳能集热器面积是应考虑房间热负荷与热水耗热量这两个因素。

3.2太阳能集热器面积计算

3.2.1直接系统太阳能集热器总面积计算

直接系统太阳能集热器总面积的计算公式为： A=

86400QHfJTηcd（1?ηL）

式3-1

A 为直接系统集热器总面积；QH为建筑物的耗热量与热水耗热量；JT

（9.7259×103KJ/(m2?d)为当地集热器采光面上的采暖期平均日太阳光辐照量；f太阳能保证率，按15%；ηcd为基于总面积的集热器采热效率，按40%；ηL为热损失，按25%计算。代入公式3-1可得A。

3.2.2间接系统太阳能集热器总面积计算

间接系统太阳能集热器总面积的计算公式为： AI=A(1+UL?A) 式3-2

h

h

U?A

AI 为间接系统集热器总面积，UL为集热器总热损失系数，按15W/(m2?C°) Uh为换热器传热系数，按814W/(m2?C°)计算。Ah为间接系统换热器换热面积，按2.5m2 计算。

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3.2.3集热器面积补偿

由于安装位置角度及纬度等影响，应对集热器进行补偿。 AB=

AI

R 式3-3

AB 为补偿后的面积，R为补偿系数，按0.8计算。

3.3太阳能热水系统安装

3.3.1集热器安装

集热器安装设计时应与周围环境，包括建筑、结构等融为一体，不能破坏建筑物的防水层和其它附属设施。

3.3.2贮热水箱的容积计算

因为该供热取暖系统要提供耗热和生活热水两部分所需水量，所以应选用高1.5m，截面圆直径为0.5m的贮热水箱，且进出口流速应小于0.05m∕s。

3.4太阳能燃气壁挂炉集成供热系统运行与控制

3.4.1系统控制

该控制系统分为两个独立的循环系统，系统1为集热器与水箱换热器系统，系统2为水箱内蓄水与采暖系统。蓄热水箱内设置两个温度传感器S1、S2，液位控制器压力传感器，集热器联箱出水口设置温度传感器S3，燃气壁挂炉出水口设置温度传感器S4，房内设置温度传感器S5。

3.4.2运行控制

当温度传感器S1、S2温差大于5°C时，启动系统1的循环泵P1 。若P1 启动后连续运行1h后S1仍旧小于 50°C ，则关闭P1 、电磁阀F4 打开电磁阀F1、当S1>60°C 时延时15min，关闭电磁阀F1，打开电磁阀F4。当S4>80°C时，立即关闭电磁阀F1，打开电磁阀F4。当S1、S2温差小于2°C时，延迟10min， 关闭系统1的循环泵 P1。

当温度传感器S5与房间设定温度差大于?2°C时，延时30min启动系统2循环泵P1当温差小于 ?2°C或温差大于等于 0°C时，延时15min关闭系统2循环泵 P1。

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当水箱液位高度H<1.25??时，延时30s打开电磁阀 F2 补水；当H<1.45??时，延时30s关闭电磁阀F2 ；当H>1.55??时，延时5s关闭电磁阀F2 ; 当H<1.15??时，延时5s关闭电磁阀F5 。

防冻控制，当集热器出水口传感器S3 温度小于5°C 时，发出声光报警，关闭电磁阀 F6、F7 ，打开电磁阀F3 ，排空集热器内的存水。

安全控制，当水箱内压力传感器检测值大于0.7Mpa时，延时3min系统发出声光报警，关闭电磁阀F2 循环泵P1、P2 停止工作，安全阀打开、泄压。

3.5太阳能燃气集成生活热水系统设计

3.5.1太阳能燃气集成生活热水系统运行原理

太阳能燃气集成生活热水系统由太阳能收集系统、泵站、储热水箱和中央控制器组成。

热水供应流程 ：当太阳能收集系统提供热水的水量和水温能满足要求时，蓄热水箱给用户供应热水，此时不需要启动燃气壁挂炉加热系统。当太阳能收集系统的温度T1高于蓄热水箱的温度。时,太阳能循环泵被打开,此时太阳能收集系统的热水通过蓄热水箱底部的盘管换热器开始给蓄热水箱加热,当蓄热水箱的水温低于设定值T2时,太阳能循环泵停止工作,燃气壁挂炉被打开,此时燃气壁挂炉的热水通过蓄热水箱上部的盘管换热器开始给蓄热水箱加热。

采暖供应流程 ：燃气壁挂炉的供暖回路直接与采暖系统连接，当有供暖需求时，启动壁挂炉，由壁挂炉提供采暖热水。

3.5.2太阳能燃气集成生活热水系统组成

太阳能燃气集成生活热水系统由太阳能集热、 泵站、双盘管蓄热水箱、供暖洗浴两用燃气壁挂炉和中央控制器组成。一些厂家又将泵站和中央控制器集成在双盘管蓄热水箱内，预留太阳能和燃气壁挂炉的接口，结构紧凑、安装方便。

3.5.3太阳能燃气集成生活热水系统特点

一般选用高效的平板太阳能集热板（也有选用高效热管式真空管）， 承压运行，强制循环。

一般将中央控制器和泵站集成在蓄热水箱内，蓄热水箱内置有自动调速循环泵，系统控制器、镁棒、安全阀、补/泄水阀门、预充太阳能液，全套功能组件高度集成，结构紧凑，方便安装。

系统采用温差循环方式，根据中央控制器设定的温差自动启停内置循环泵，

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保证系统充分利用太阳能。

当太阳能能量不足时，启动燃气壁挂炉作为辅助热源，保证提供全天候24h的热水。

采暖功能的实现是由燃气壁挂炉提供热源燃气壁挂炉需选用洗浴采暖两用燃气壁挂炉。

3.6太阳能燃气集成洗浴采暖系统设计

3.6.1太阳能燃气集成洗浴采暖系统运行原理

太阳能燃气集成洗浴采暖系统由太阳能收集系统、泵站、储热水箱和中央控制器组成。

热水供应流程 ：当太阳能收集系统提供热水的水温能满足要求时，生活热水通过蓄热水箱上端的盘管换热器换取蓄热水箱的热量，此时不需要启动燃气壁挂炉炉加热系统；当太阳能收集系统的温度高于蓄热水箱的温度时，太阳能循环泵被打开，此时太阳能收集系统的热水直接储存在蓄热水箱内；当蓄热水箱的水温低于设定值时，太阳能循环泵停止工作，燃气壁挂炉被打开，此时燃气壁挂炉的热水通过蓄热水箱中部的盘管换热器开始给蓄热水箱加热

采暖供应流程 ：当太阳能收集系统提供热水的水温能满足采暖要求时，采暖系统的水通过蓄热水箱下部的盘管换热器由循环泵强制循环将热量输出给室内散热器，此时不需要启动燃气壁挂炉加热系统，当太阳能收集系统的温度高于蓄热水箱的温度时，太阳能循环泵被打开，此时太阳能收集系统的热水直接储存在蓄热水箱内，当蓄热水箱的水温低于设定值时，太阳能循环泵停止工作，燃气壁挂炉被打开，此时燃气壁挂炉的热水通过蓄热水箱中部的盘管换热器开始给蓄热水箱加热。

3.6.2太阳能燃气集成洗浴采暖系统组成

太阳能燃气集成洗浴采暖系统由太阳能集热板、泵站、三盘管蓄热水箱、供暖燃气壁挂炉和中央控制器组成 一般厂家将泵站和中央控制器集成在三盘管蓄热水箱内，但还需外置采暖泵站。

3.6.3太阳能燃气集成洗浴采暖系统特点

一般选用高效的平板太阳能集热板（也有选用高效热管式真空管），承压运行，强制循环。

一般将中央控制器和泵站集成在蓄热水箱内，蓄热水箱内置有自动调速循环泵、系统控制器、镁棒、安全阀、补/泄水阀门、预充太阳能液全套功能组件

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高度集成，结构紧凑、方便安装。

需在采暖管路系统中增加采暖泵站太阳能的热量除供应生活热水需要的热量外,还提供采暖系统的热量燃气壁挂炉选用单供暖燃气壁挂炉。

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4太阳能壁挂炉组合系统热效率计算

我们以热水产率为 13kg/min、热效率为 90%、基准气为G20的单体壁挂炉和组合产品为例作对比计算：假定冷水温度是20°C ，太阳能热水器出水温度为35°C ，而需要42°C 热水。 根据公式

ηu=

4.186m× t2?t1 +DP

103VrHi

×100% 式4-1

式中：假定DP =0 ηu为单机有效效率； m为修正后水的质量；

t2为热水温度 、t1 为冷水温度；

DP为对应于平均水流温度试验装置的热损失，包括循环泵的热损失， DP根据实际计算，在这里我们可认为两种测试状态相同；

Vr为试验期间测得的燃气用量经修正后的值， m3/min；按名义状态 15°C、101.325kPa；

Hi为所使用的燃气净热值， MJ/m3； DP=0 ，

则单机壁挂炉每分钟燃气需用量

Vr=4.186m×（t2? t1 ）/1000 ηu Hi=4.186×13×（42?20） / （1000×

90% ×37.78） =0.0352m3

太阳能壁挂炉组合系统每分钟燃气用量

Vr=4.186m×（t2? t1 ）/1000 ηu Hi=4.186×13×（42?35） / （1000×90% ×37.78） =0.0112m3

通过比较，太阳能壁挂炉组合系统热水状态的热效率比单机壁挂炉高很多。

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5结论

种类 太阳能燃气壁挂炉 燃气壁挂炉 每年运行费用（元） 818 1450 每分钟燃气用量（m3） 0.0112 0.0352 节能效率 75% 100% 燃气消耗率 35% 100% 费用比较：太阳能热水燃气壁挂炉联合供暖方式虽在初投资方面的投资相应增加，但是运行费用少，仅是燃气壁挂炉的运行费用的一半。投资回报在四年内就能与燃气壁挂炉采暖形式持平，与燃气壁挂炉采暖、城市热力管网采暖形式相比，在运行费用上有很大优势。

节能分析: 节能分析、太阳能免、 取之不尽和清洁的特性是任何一种化石能源所无法比拟的，太阳能燃气集成供热系统在保证舒适的同时，最大限度地使用太阳能，大大降低了用户的能源使用费用，通过使用太阳能燃气集成供热系统 生活热水系统全年将节能高达60%， 生活热水/采暖的复合系统节能高达75%. 综合分析,虽然太阳能燃气集成供热系统的初投资要比集中供热大一些,但是它能够给用户提供热水,因此节约了热水器的投资;同时其综合运行费用要比集中供热节省,节省率可达22.66%。

环境效益分析:太阳能燃气集成供热系统产品能提供全年60% 的免费生活热水,节约35%的燃气消耗,此外太阳能是最洁净的可再生能源环保、低碳。相对于集中供热，推广太阳能燃气集成供热系统产品，将减少58.4% 的co排放，50.9%的NOx 排放，99%的SO2 排放,93% 的烟尘排放。因此，推广和应用太阳能燃气集成供热系统对于推进节能减排，实现人与自然的和谐发展具有重要的意义。

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6结束语

《新能源和可再生能源产业发展的2015年中期规划》中明确提出 在今后15年内，太阳能热水器力争以年均15%左右的速度增长，到2015年达到2.32亿m2，年生产能力达到2100万m2的发展目标。

行业的发展为太阳能燃气集成供热系统的发展带来了机遇。太阳能作为可再生能源，发挥着越来越重要的作用。利用太阳能是解决我国能源与环境问题的重要措施之一。本文阐述了太阳能热水系统与燃气壁挂炉联合采暖的原理，分析了太阳能热水系统与壁挂炉系统的优化运行模式，比较了太阳能热水器与其他常规热水器运行成本、节能效率以及环保效益的比较，最终结论证明使用太阳能作为热源，供给人们使用是一种高效、环保、节能的明智之选。

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武汉理工大学本科生课程设

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