由于太陽能熱水器的熱輸出能力受日照、環(huán)境、溫度等氣象條件影響較大，為穩(wěn)定獲得熱水，家用太陽能熱水器通常都配有輔助熱源，其中采用電熱元件的輔助電加熱方式最為常見。不過，近年采用其他輔助熱源成為太陽能熱水器技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)課題，燃?xì)饧訜嵫b置就是其中的方案之一。

　　2燃?xì)饧訜嵫b置

　　燃?xì)鉄崴魇怯糜诩訜嵘钣脽崴漠a(chǎn)品，其熱輸出能力不受日照和氣象條件的影響。由于熱輸出功率較大，具有對(duì)熱負(fù)荷變化能夠進(jìn)行快速響應(yīng)，配套 燃?xì)饧訜嵫b置的系統(tǒng)在多數(shù)情況下，即使太陽能熱水器無法運(yùn)行，仍然可以快速輸出熱水。但是，由于所用燃料是不可再生的天然氣、液化石油氣等燃?xì)猓环矫孢\(yùn) 行費(fèi)用較高，另一方面不可避免地在運(yùn)行期間就地排放一定量的污染物，而且由于我國的燃?xì)夤?yīng)相對(duì)不足，國家的燃?xì)饫谜卟⑽磳⒉膳脷饬腥雰?yōu)先保障之 列，一定程度限制了家用燃?xì)忮仩t市場(chǎng)的發(fā)展。

　　太陽能+燃?xì)鈨捎脿t是用于加熱采暖熱水的產(chǎn)品，多數(shù)型號(hào)同時(shí)具備加熱衛(wèi)生熱水的功能，具有運(yùn)行穩(wěn)定、負(fù)荷響應(yīng)特性好的特點(diǎn)。所以，在住宅采暖領(lǐng) 域采用太陽能采暖和燃?xì)獠膳嘟Y(jié)合的方式，可以更有效地利用燃?xì)?，因而成為以壁掛爐為代表的家用燃?xì)獠膳仩t技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)課題。

　　太陽能熱水裝置與燃?xì)饧訜嵫b置在許多方面都有明顯的差異，這些差異使得兩者之間存在明顯的互補(bǔ)性。利用燃?xì)饧訜嵫b置作為太陽能熱水裝置的輔助熱 源，需要面臨燃?xì)鉄崴鞯脑薪Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的適應(yīng)性問題，同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用較高，燃?xì)獾娜紵a(chǎn)物排放存在一定程度的環(huán)境污染問題，煙氣中的CO等物質(zhì)具有較 強(qiáng)的危險(xiǎn)性，以及燃?xì)庑孤┛赡軐?dǎo)致火災(zāi)等事故發(fā)生，所認(rèn)在采用燃?xì)庋b置時(shí)必須妥善予以解決。二者的區(qū)別，如表1所示：

　　3技術(shù)課題

　　3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)有的燃?xì)鉄崴魍ǔＪ前凑諉为?dú)使用的要求設(shè)計(jì)的，當(dāng)其作為太陽能熱水系統(tǒng)的組合單元時(shí)，需要解決一些可能產(chǎn)生的問題，例如：

　　———不同單元之間的運(yùn)行參數(shù)不同，盡管某個(gè)單元仍然處于正常狀態(tài)，但是可能導(dǎo)致其他單元進(jìn)入非正常運(yùn)行狀態(tài)；

　　———若某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，故障的影響可能通過相互之間的接口傳遞，使影響擴(kuò)大；

　　———不同的單元分別具有不同的運(yùn)行特性，運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化程度，對(duì)使用性能和運(yùn)行費(fèi)用影響較大；

　　———當(dāng)熱源裝置組合之后，可能導(dǎo)致某些運(yùn)行條件與單獨(dú)使用的情況有較大差異，從而導(dǎo)致相應(yīng)的熱源裝置處于非正常運(yùn)行狀態(tài)；

　　———組成熱水系統(tǒng)的各熱源單元的容量配置的合理性，也成為一個(gè)重要問題，過高的配置可能導(dǎo)致系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性受到不良影響，而過低的配置則可能導(dǎo)致熱水供應(yīng)能力不能達(dá)到預(yù)期的使用要求。

　　3.2安全設(shè)計(jì)

　　由于燃?xì)廨o助加熱裝置是在太陽能熱水系統(tǒng)中新增的裝置，由于配置變化而產(chǎn)生的安全設(shè)計(jì)問題，主要由該裝置的安全特性解決。大致要求為，故障隔離、互鎖聯(lián)鎖和防止誤操作等。

　　燃?xì)廨o助加熱裝置的故障隔離能力，應(yīng)能夠防止其故障對(duì)其他熱源裝置或儲(chǔ)熱裝置產(chǎn)生不良影響，或其他熱源裝置或儲(chǔ)熱裝置等發(fā)生故障時(shí)對(duì)熱水器產(chǎn)生不良影響。熱水器應(yīng)能夠與外部裝置，包括其他熱源裝置或儲(chǔ)熱裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，包括實(shí)現(xiàn)互鎖或聯(lián)鎖。在需要時(shí)實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　1.熱水器輸出的熱水溫度或熱量可能導(dǎo)致其它熱源裝置或儲(chǔ)熱裝置處于不正常狀態(tài)時(shí)，通過熱水器停止運(yùn)行實(shí)現(xiàn)停止輸出熱水，在燃?xì)廨斎牍艿涝O(shè)置電磁閥在需要時(shí)由外部控制電路切斷燃?xì)夤?yīng)也視為符合上述要求；

　　2.熱水器的工作狀態(tài)可以通過輸出的電氣信號(hào)傳遞到其他熱源裝置、儲(chǔ)熱裝置或控制裝置。

　　同時(shí)，要考慮若燃?xì)廨o助加熱裝置與太陽能熱水裝置聯(lián)接，應(yīng)允許隨意啟動(dòng)任意一種熱源裝置獨(dú)立運(yùn)行或?qū)⑵渫C(jī)，除非受到熱水器或相應(yīng)熱源的保護(hù)功 能限制。例如，空氣源熱泵蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)溫度過低或其他需要保護(hù)的原因所致。如果允許熱水器與其他熱源裝置同時(shí)運(yùn)行，那么任何一種熱源裝置的運(yùn)行不應(yīng)對(duì)器具或 另一種熱源裝置產(chǎn)生危險(xiǎn)，否則任何一種熱源裝置進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前，必須對(duì)另一種熱源裝置進(jìn)行鎖定。

　　對(duì)于具備自動(dòng)啟動(dòng)和停機(jī)的燃?xì)廨o助加熱裝置，還需要規(guī)定：

　　1.具備自動(dòng)啟動(dòng)功能的熱水器，應(yīng)考慮在用水開始時(shí)管路內(nèi)的冷水可能導(dǎo)致熱水器短暫?jiǎn)?dòng)運(yùn)行導(dǎo)致出水溫度波動(dòng)產(chǎn)生的影響；

　　2.熱水器自動(dòng)啟動(dòng)點(diǎn)火溫度應(yīng)臆設(shè)置溫度－0.5℃；熱水器自動(dòng)停機(jī)熄火溫度應(yīng)逸設(shè)置溫度＋0.5℃。

　　3.3材料要求

　　作為常規(guī)的要求，用于制造零部件的材料，其溫度適應(yīng)范圍和耐環(huán)境性能，如耐腐蝕、耐紫外線輻射等應(yīng)滿足系統(tǒng)在正常和非正常使用條件下的要求。采 用平板式集熱器的太陽能熱水器夏季的水溫可能高達(dá)85℃以上，如果溫度如此高的熱水直接進(jìn)入燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)水口，可能導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)部件損壞。燃?xì)鉄崴鞯?進(jìn)水溫度一般按30℃以下設(shè)計(jì)，進(jìn)水口超溫的后果不僅是控制器判定為發(fā)生故障，而且可能損壞進(jìn)口管路上的密封件和管路件中的非金屬材料制作的零件。

　　作為解決措施，原則上要求燃?xì)饧訜嵫b置中與水接觸的材料和部件，應(yīng)能夠適應(yīng)正常使用條件下的溫度和壓力，而且在可以預(yù)見的非正常條件下不導(dǎo)致危 險(xiǎn)出現(xiàn)。具體要求包括，在正常使用條件下，家用輔助加熱型燃?xì)饪焖贌崴鬟M(jìn)水溫度為5℃～85℃，設(shè)置出水溫度為35℃～65℃，進(jìn)水壓力為 0.02MPa～1.0MPa；同時(shí)要求這些部件即使在正常條件下，不會(huì)受到高于45℃溫度的影響，仍然需要能夠在非正常條件下滿足最高溫度85℃熱水沖 擊試驗(yàn)1min，同時(shí)應(yīng)滿足65℃溫度下4h高溫沖擊試驗(yàn)。

　　3.4配置方案

　　輔助熱源與太陽能主熱源的配置方案，大體上有兩種基本方案，一種方案，是輔助熱源將輸出的熱水送入儲(chǔ)熱裝置，成為并聯(lián)方式，另一種方案，是輔助 加熱裝置將輸出的熱水直接送往用水點(diǎn)，稱為串聯(lián)方式。并聯(lián)方案由于難以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水需求的迅速響應(yīng)要求，所以專用的燃?xì)饧訜嵫b置一般按蓄熱方式運(yùn)行配備，容 量較小，一般對(duì)負(fù)荷調(diào)節(jié)性能沒有要求。而從最大限度減少輔助熱源的運(yùn)行費(fèi)用要求考慮，多數(shù)實(shí)際應(yīng)用采用串聯(lián)方案，或者是具備串聯(lián)和并聯(lián)兩種運(yùn)行方式的組合 方案。

　　由于正常情況下，燃?xì)廨o助加熱裝置的溫升幅度大致為常規(guī)燃?xì)鉄崴鞯囊话?，所以，在配套太陽能熱水裝置的系統(tǒng)中，一般要求燃?xì)廨o助加熱裝置的容量為相同應(yīng)用場(chǎng)所單獨(dú)配備的燃?xì)鉄崴魅萘康囊话搿?/p>

　　3.5設(shè)計(jì)參數(shù)

　　由于燃?xì)廨o助加熱裝置的容量通常需要考慮在太陽能集熱器無法提供熱量的情況下，能夠獨(dú)立滿足基本的熱水需求，所以在多數(shù)運(yùn)行條件下，輔助熱源處 于部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的熱效率成為決定其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。某公司開發(fā)的這類產(chǎn)品，規(guī)定在50%負(fù)荷條件下，必須保證熱效率達(dá)到 88%以上。

　　不過，作為輔助熱源裝置的燃?xì)鉄崴髟谠O(shè)計(jì)方面，要求在相同最大加熱功率下，水流量比常規(guī)燃?xì)鉄崴鞔笠槐蹲笥摇?/p>

　　3.6超溫限制

　　雖然在太陽能熱水裝置熱水出口或用水點(diǎn)處安裝混水裝置，以防止出現(xiàn)超溫現(xiàn)象是常見的做法，而且，燃?xì)饪焖贌崴b置并不要求必須配備混水裝置，但 是對(duì)于采用燃?xì)廨o助加熱裝置的太陽能熱水系統(tǒng)，混水裝置的作用則顯得尤為重要。通過將冷水與超溫的熱水混合的措施，顯著降低進(jìn)入燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)水口或用水 末端的熱水溫度，一方面改善用水末端的溫度調(diào)節(jié)能力，另一方面，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行特性。

　　因此，需要考慮若熱水器的應(yīng)用方式包括輸出的熱水，不經(jīng)過儲(chǔ)水裝置等直接送往用水點(diǎn)時(shí)，熱水器就應(yīng)配備混水裝置，以防止進(jìn)水溫度高于設(shè)置出水溫 度。除非已經(jīng)具備其他功能，可以避免由于進(jìn)水溫度高于設(shè)置出水溫度，而導(dǎo)致實(shí)際出水溫度超過允許水溫波動(dòng)幅度的情況，例如燃?xì)鉄崴b置內(nèi)部已經(jīng)配備了混水 部件。

　　3.7調(diào)溫特性

　　常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)鉄崴髯罡哌M(jìn)水溫度為30℃以下，所以，其進(jìn)出水口之間的最小溫升為10℃以上。在與太陽能熱水器和熱泵熱水器組合運(yùn)行時(shí)，將出 現(xiàn)在蓄熱水箱出水溫度40℃時(shí)要求燃?xì)鉄崴鼽c(diǎn)火運(yùn)行的情況，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)出水溫度無法低于50℃的情況，不僅超出舒適使用范圍，而且還可能導(dǎo)致使用者被 燙的情況。

　　所以，利用電子控制技術(shù)將混水閥的狀態(tài)根據(jù)燃?xì)鉄崴鼽c(diǎn)火前后的不同情況，分別設(shè)定不同的混水后熱水溫度，就成為有效的解決方案之一。而作為另 一個(gè)解決方案，就是開發(fā)熱工性能有異于常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)鉄崴鞯膶Ｓ萌細(xì)廨o助加熱單元。后者的特征之一，就是更小的最小溫升。某公司開發(fā)的具備自動(dòng)恒溫功能 的燃?xì)廨o助加熱裝置，可以滿足以下要求：

　　1.對(duì)于額定流量逸6L/min的熱水器，在流量逸6L/min的運(yùn)行條件下，出水溫度應(yīng)為設(shè)置溫度±2℃；對(duì)于額定流量＜6L/min的熱水器，在額定流量的運(yùn)行條件下，出水溫度應(yīng)為設(shè)置溫度±2℃。

　　2.在流量變化和啟動(dòng)熱水器時(shí)，在30s以內(nèi)實(shí)際出水溫度變化超過規(guī)定水溫波動(dòng)范圍的情況，不視為異?，F(xiàn)象。

　　3.在燃燒器熄火時(shí)，應(yīng)仍然保持出水溫度的波動(dòng)幅度在允許的范圍內(nèi)，除非此時(shí)熱水器停止出水。因?yàn)?，熱水器停止出水通常是兩種情況，不需要用熱水，或進(jìn)水溫度較高時(shí)，熱水不進(jìn)入熱水器而經(jīng)過旁路送往用水點(diǎn)。燃?xì)廨o助加熱裝置附加性能要求，見表2：

　　3.8采暖系統(tǒng)

　　實(shí)際投入使用的住宅太陽能采暖系統(tǒng)，其太陽能集熱裝置的容量通常不足住宅計(jì)算熱負(fù)荷的50%，由于冬季采暖熱負(fù)荷需求最大的時(shí)間是在夜間，采暖 負(fù)荷熱慣性較大，溫度變化緩慢，所以，在采暖系統(tǒng)一側(cè)，燃?xì)廨o助加熱裝置面臨的問題沒有生活熱水側(cè)的問題那么多。而且，燃?xì)獠膳b置采暖側(cè)的負(fù)荷調(diào)節(jié)措施 本來就比較完善。在采暖季節(jié)，太陽能采暖系統(tǒng)主要承擔(dān)日間住宅無人時(shí)的保溫運(yùn)行和采暖運(yùn)行的部份負(fù)荷，在住宅出現(xiàn)最大采暖熱需求時(shí)，基本上需要燃?xì)獠膳b 置承擔(dān)全部負(fù)荷。

　　不過，由于燃?xì)獠膳b置的功率較大，在非采暖季節(jié)對(duì)生活熱水進(jìn)行輔助加熱時(shí)，在50%生活熱水負(fù)荷率的運(yùn)行狀態(tài)，熱效率要求需要放寬到84%左 右。同時(shí)，在非采暖運(yùn)行條件下，對(duì)生活熱水進(jìn)行加熱，需要用冷水混合的方式將進(jìn)入燃?xì)饧訜嵫b置的水溫降得較低，以避免出水溫度超過允許的范圍，影響舒適 性。

　　3.9太陽能保證率

　　在太陽能熱利用領(lǐng)域，常常以太陽能保證率來衡量太陽能利用水平，但是，在高密度的建筑物中，即使是12層以下的多層住宅建筑物，考慮到太陽能集 熱器的安裝條件和相鄰建筑物的太陽陰影等制約條件，即使是在屬于太陽能資源豐富的地區(qū)，要求所有用戶都能夠配備太陽能保證率逸60%的太陽能熱水系統(tǒng)，實(shí) 際上是無法實(shí)現(xiàn)的，因此不得不面臨兩種選擇：或是不安裝太陽能熱水器，或是降低太陽能保證率。

　　事實(shí)上，近年太陽能熱利用技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一，就是在供熱系統(tǒng)中較小容量的太陽能集熱系統(tǒng)與較大容量的輔助熱源配套，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)，雖然冬 季輔助熱源運(yùn)行費(fèi)用較高，但是夏季太陽能集熱系統(tǒng)的過剩容量大大減小。太陽能集熱器的造價(jià)較高，若配套集熱面積較小的集熱器，就可以將節(jié)省下來的部分購置 費(fèi)用沖減輔助熱源裝置所需的部分費(fèi)用，從而降低系統(tǒng)總造價(jià)。為保證太陽能熱水系統(tǒng)在最不利的運(yùn)行條件下仍然具備良好的使用性能，一般來說，輔助熱源的容量 不會(huì)由于太陽能集熱器的配置而變化。所以，太陽能保證率為30%的太陽能—燃?xì)獠膳療崴到y(tǒng)與60%的同類系統(tǒng)相比，只是太陽能集熱器的面積減小了，總造 價(jià)降低了，即使前者的運(yùn)行費(fèi)用有所增加，但是在全壽命周期中的總費(fèi)用可能仍然是前者較低。更重要的是，較小面積的太陽能集熱器可以促使更多的用戶樂于采用 太陽能集熱器。此外，用于采暖的太陽能熱水系統(tǒng)的容量一但超過30%保證率，造價(jià)的影響還不限于此，住宅采暖熱負(fù)荷大致10倍于生活熱水負(fù)荷，太陽能采暖 系統(tǒng)在日間提供住宅保溫用熱，大致上就是全天熱負(fù)荷的30%左右，所以，基本上不需要為采暖用熱采取儲(chǔ)熱措施，否則，就需要為較高的保證率獲得的更多熱負(fù) 荷配置比儲(chǔ)蓄生活熱水容量大得多的儲(chǔ)熱裝置，系統(tǒng)造價(jià)、安裝場(chǎng)地以及運(yùn)行方式的差異顯而易見。

　　據(jù)了解，國外太陽能集熱器的容量選擇范圍最小的只有10%左右，至于小于50%更為常見，這類太陽能保證率較低的系統(tǒng)由于配套了高性能的輔助熱 源裝置，顯著提高了使用性能，因而更受市場(chǎng)的歡迎。由此可見，適當(dāng)降低太陽能保證率，更有利于太陽能熱水系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，有利于太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 從宏觀的角度來看，有利于減少常規(guī)能源消耗。

　　3.10燃?xì)庑孤?/strong>