燃气热水器辅助太阳能热水系统的应用

桑 松 表

(浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

燃气热水器辅助太阳能热水系统的应用

桑 松 表

(浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

介绍了太阳能热水系统的组成要素，对锅炉加热、电加热、燃气热水器加热三种传统的辅助热源进行了比选，指出选用燃气热水器辅助热源具有节省空间，重启时间短，便于间断使用等优点。

燃气热水器，热水系统，辅助热源，太阳能

0 引言

为推进建筑行业的可持续发展，民用建筑的绿色设计必不可缺，而绿色设计中的可再生能源利用是其重要的一个环节。JGJ/T 229—2010民用建筑绿色设计规范中指出：设有生活热水系统的建筑，宜优先采用余热、废热、可再生能源等作为热源，并合理配置辅助加热系统[1]。太阳能作为一种绿色的可再生能源，是绿色建筑设计中首选的条件。

浙江省DB 33/1092—2013民用建筑绿色设计标准中指出：十二层及以下(十二层以上的上部六层)的住宅建筑应为全体配置太阳能热水系统。有集中生活热水需求的公共建筑应优先采用太阳能热水系统、空气能热泵热水系统等可再生能源系统，或采用余热、废热等能源[2]。

结合本人设计的浙江外国语学院小和山校区内食堂的太阳能热水系统进行技术、经济比较，旨在为新建或改建的民用建筑中缺乏独立辅助热源的太阳能热水系统提供设计参考。

1 热水系统组成

热水系统采用全循环式集中集热、储热的太阳能热水系统。主要包括预热罐、太阳能集热板、辅助热源、循环水泵、管道系统、配件及自动控制设备。为保证热水的出水效率，一般采用干管循环式热水系统。

2 辅助热源的选择

由于太阳能热水系统自身热源具有不稳定性，其原理主要通过太阳能集热器吸收太阳能辐射能量并向工质传递热量。但由于太阳能自身具有极大的不稳定性，其受到季节、天气、昼夜、环温等自然条件的影响较大，热水系统所能够提供的热水就很难满足使用要求,通常需要通过辅助热源加以保证。目前常用的辅助热源大致有三种：锅炉加热，电加热，燃气热水器加热。由于锅炉加热需设置锅炉房等辅助机房，电加热的使用成本高于燃气加热，故在没有集中供暖(无锅炉房设置)的单体建筑中，采用燃气热水器作为辅助热源较为合适。

3 热水系统的确定

3.1 主要设计参数

本工程为一幢多层建筑的学生食堂，位于浙江某高校校区内。设计规模为2 000人。热水系统用水定额按10 L/(人·d)考虑，时变化系数取2.1，使用时间11 h。设计平均小时耗热量为106 kW；设计最大小时耗热量为222 kW。太阳能集热板选用承压式平板型太阳能集热器，设置面积64 m2。辅助热源选用3台燃气热水器，每台输入热负荷为99 kW，储水容积为322 L。

3.2 系统设计

容积式燃气热水器辅助太阳能热水系统工艺流程图如图1所示。

本工程采用辅助燃气热水器加热式太阳能热水系统，通过强制循环间接加热保证管网热量。其工作原理：

1)太阳能集热板内热水大于太阳能预热罐内温度5 ℃时，开启太阳能集热循环泵；太阳能集热板内热水小于太阳能预热罐内温度2 ℃或太阳能预热罐内温度不小于60 ℃时，关闭太阳能集热循环泵。

2)当太阳能预热罐内温度达到热水供水温度(60 ℃)时，开启电动阀ⓐ，热水通过旁通管路直接供给热水用水点；当太阳能预热罐内温度小于热水供水温度(60 ℃)时，关闭电动阀ⓐ，热水需通过燃气热水器加热供给热水用水点。

3)燃气热水器按热水用水量的使用情况逐台开启，当热水用水量较小时，启动一台燃气热水器(假定电动阀ⓑ开启，电动阀ⓒ，ⓓ关闭)，随着热水用水量的增大，逐台开启燃气热水器(即逐步开启电动阀ⓒ，ⓓ)，满足热水用量。

4)燃气热水器的使用是根据胆体内的水温来控制进气阀门的关启。当水温达到热水供水温度(60 ℃)时，关闭进气阀门，停止加热；当水温小于热水供水温度(60 ℃)时，打开进气阀门，启动加热。

3.3 系统特点

1)充分利用太阳能热量。

系统设置前置热水预热罐，太阳能热媒管网内选用冰点低于0 ℃的载体介质，就能充分、高效地从外界环境空气中吸收热能，最大程度地利用太阳能，热量不足时采用燃气热水器补充加热。

2)通过选用燃气热水器作为辅助加热设备，可以保证系统在最不利条件下正常运行。

燃气热水器可与太阳能热水系统的附属设备放置于同一机房内，燃气热水器可通过自然排烟或强制机械排烟方式解决。总体设计上机房的占用面积将大大减少，同时可以减少设置其他辅助热源所需要的额外独立机房面积。

3)系统节能性能高。

当外界条件(太阳能热量)较好，预热罐内热水温度达到使用要求时，系统可通过电动阀控制，直接将热水供给于终端；当外界条件不满足要求时，系统可通过电动阀控制，逐台启动燃气热水器，满足终端用水要求。

4)系统可调控性强。

每台燃气热水器的输入热负荷为99 kW，其储水容积322 L，水在最不利条件下从5 ℃加热到55 ℃，每台燃气热水器所需加热时间仅约为11 min。因而系统可以在较短时间内重新启用，从而避免了常规热水系统需要24 h不间断运行带来的额外能耗。

4 系统经济性分析

由于太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，在热水系统的应用具有明显的节能效果，因而在系统设计中应优先使用太阳能。虽然太阳能热水系统比常规能源的初期投资成本大，但运行费用却比常规能源低得多，从而大大降低了热水生产成本，长期运行具有良好的经济效益[3]。

本系统主要成本为设备投资，包括太阳能集热板、预热罐、燃气热水器和循环水泵等设备，占总投资的86.5%；土建及安装费用占11.4%左右；控制系统占2.1%左右。 该项目的控制系统集成度不高，人工控制较多，与理论自动化控制有一定的差距，需要进一步的加强智能化的控制。但项目在实际使用过程中，太阳能的利用率较高，燃气热水器作为辅助热源，仅仅在外界条件不利时才启用。

该系统针对需要集中热水供应，且有太阳能集热板安装位置的改扩建项目同样也适用，而且该系统的控制使用方便，节能。

5 结语

容积式燃气热水器辅助太阳能热水系统适用于新建、改扩建等项目，且该系统具有良好的示范效应，具有以下特点：

1)本系统通过设置预热罐，利用太阳能进行初次加热，尽可能多的吸收太阳能热量。

2)将燃气热水器作为辅助加热设备，解决了辅助热源问题，完善了太阳能热水系统在实际工程应用中的不足之处。

3)系统节能性高，极大地提高了太阳能的有效利用率。

4)系统可调控性强，可应用于间断集中供热系统或定时集中供热系统。

[1] JGJ/T 229—2010,民用建筑绿色设计规范.

[2] DB 33/1092—2013,民用建筑绿色设计标准.

[3] 王根霞,段德宏.青藏线太阳能热水供热系统的经济性分析.节能，2004(9)：19-22.

The application of gas water heater auxiliary solar water heating system

Sang Songbiao

(ArchitecturalDesignandResearchInstituteLimitedCompany,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China)

This paper introduced the component of solar hot water system, made comparison and selection to boiler heating, electric heating, gas water heater heating three traditional auxiliary heat sources, pointed out that the gas water heater auxiliary heat source had the advantages of saving the space, short system restart time, convenient to intermittent.

gas water heater, hot water system, auxiliary heat source, solar energy

2015-09-12

桑松表(1983- )，男，工程师，国家注册公用设备工程师

1009-6825(2015)33-0193-02

TU201.5

A