中国资源比较丰富，大力发展应用太阳能可以解决中国日益发展的资源短缺、环境污染等问题，而燃气壁挂炉的分户采暖方式污染小、花费少、能源利用率高，将2种系统结合，可以做到扬长避短，既满足用户需求又能达到节能减排的效果。

系统总体组成及功能

针对居民住房结构，系统方案如图1。总系统由核心控制系统、循环换热系统、加热系统等组成。对于已铺设管道或住房面积大的用户，可以在系统中增加直径0.5m、高1.5m的换热水箱，起到2种加热系统换热的作用。

系统功能

1）冷热水循环换热。太阳能与壁挂炉2系统中分别加装1个太阳能水泵，由单片机控制，通过温度传感器感应温度差，控制系统工作状态，使冷热水进行循环与换热。

2）居民生活用水。太阳能水箱为储热水箱，外接阀门提供生活用水，开启阀门时循环系统关闭，保证热水供应。

3）太阳能供热。太阳能加热储水箱下层的水，再通过冷热水之间密度的差异使冷热水循环，储水箱出口连接换热水箱，达到采暖供热的目的。

4）地暖供热。温度传感器测量地暖回水温度，得到与换热水箱的温度差，如果达到系统预设的温差进行水循环，利用太阳能为地暖水加热，达到供热目的；如果没达到预设温差，仍使用天然气加热保证居民取暖需求。

关键部件

控制系统除去单片机，主要涉及3种器件。温度传感器选用DS18B20防水传感器，数字量输入，有体积小、量程大、精度高等特点。循环水泵与电磁阀均由单片机控制开启与关闭，水泵工作电压为直流电24V，电磁阀工作电压为直流电12V，均为数字量输出。表1为系统需要的器件数量及其信号类型。

系统工作原理

系统由单片机控制，包括读取温度值、计算温差、选择工作状态和显示。下面是程序的流程：

读取太阳能水箱出水口、换热水箱出水口、地暖回水口温度，设为T1、T2、T3。T1与T2的温差为ΔT1，T2与T3的温差为ΔT2。令2水箱换热水泵为1号泵，换热水箱和壁挂炉间为2号泵。控制冷水从换热水箱和地暖流回太阳能水箱和壁挂炉的电磁阀分别为1号阀和2号阀，它们同时开启或关闭，3号阀为换热水箱和地暖之间的电磁阀。系统开启后温度传感器和LED屏先初始化，之后1号泵开启2min，2号泵开启1min，使管路中的水循环，读取温度与阀门状态并在LED屏显示，完成初始化。

进入主程序，根据ΔT1和ΔT2决定工作方式。当ΔT1＜2℃时，设这种状态标志位为0，将1号泵关闭，读取温度差ΔT2，若ΔT2＜1℃，将2号泵关闭，1、2号阀断开，3号阀闭合，工作20min后读取温度值再进行循环。这种工作状态下换热水箱不足以为地暖供热，3号阀切断太阳能和地热的循环，壁挂炉单独供热。若ΔT2＞1℃，2号泵开启，1、2号阀闭合，3号阀断开，读取温度值直到ΔT2＜1℃跳出循环。此状态下换热水箱与地暖换热。

当ΔT1＞8℃时，设这种状态标志位为1，开启1号泵。之后根据ΔT2决定工作方式，与上述第1种情况一致。当2℃＜ΔT1＜8℃时，首先判断标志位，工作方式与标志位相同的情况一致。系统根据ΔT1判断工作状态，选择主程序，根据标志位控制1号泵状态，根据 ΔT2来选择工作方式，达到节能目的。

控制装置结构设计与搭建

结构设计方面，控制装置是整个系统的核心。通过设计一个小型一体化的装置，可以降低安装成本，减少用户线路改造，提高市场竞争力，所以它的设计尤为重要。控制装置包括：直流稳压电源、电路板、单片机、继电器、显示屏、传感器、按键开关以及一些连接管件。

分2层设计装置，上层为电气部分，下层为管件部分，中间用透明有机玻璃板隔开，将控制核心封装在上层防水防电，又可以监控下层工作状态。

首先按设计图确认各器件和底座尺寸，确保器件间距离能保证数据线布线且互不干扰，用UG绘制控制装置模拟图。图2为下层设计，白色、黑色、黄色部分分别代表电磁阀、水泵和连接管件，三通管代表温度传感器。下层底座四角处安装固定高7.5cm的支架。