太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)的節(jié)能減排分析

鄭軍龍

摘 要：介紹了太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，以廣西環(huán)境保護科學(xué)研究院危舊房改住房建設(shè)為例，對采用太陽能配備空氣源熱泵的熱水系統(tǒng)進行節(jié)能效益分析。結(jié)果表明，太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效果顯著，對我國走低碳經(jīng)濟之路有重要的參考價意義。

關(guān)鍵詞：太陽能 空氣源熱泵 節(jié)能減排

中圖分類號：TU822.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0043-02

廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時數(shù)1600 h，平均每年太陽能輻照量約為4578MJ/m2，太陽能資源十分豐富，利用太陽能潛力巨大。但太陽能對天氣要求較高，陰雨天等太陽輻射情況不好時無法使用。因此，太陽能-空氣源熱泵復(fù)合能源系統(tǒng)彌補了太陽能輻射受天氣氣候的影響較大的缺點，有太陽能輻照的天氣優(yōu)先采用太陽能，太陽能輻照不足時采用空氣源熱泵作為輔助熱源，從而實現(xiàn)全天候制取生活熱水，節(jié)能減排效果顯著。

1 項目的概況

廣西環(huán)境保護科學(xué)研究院兩棟危舊房改住房住宅樓，實施太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，共260戶910人，實施可再生能源應(yīng)用的建筑面積合計35208.9 m2。設(shè)定每天人均熱水定額為80L，使用時間為24 h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為74 m3。本熱水工程項目總計安裝了3250支太陽能真空集熱管，總計配備空氣源熱泵80匹，節(jié)能效果極為顯著。

2 熱水系統(tǒng)節(jié)能減排的計算分析

2.1 熱水系統(tǒng)的原理

生活熱水的系統(tǒng)由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱等組成，詳細(xì)系統(tǒng)圖見圖1。

2.2 熱效率的計算

2.2.1 太陽能集熱系統(tǒng)熱效率

太陽能集熱系統(tǒng)的熱效率計算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽能集熱系統(tǒng)在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265 KW，循環(huán)1000 kg已經(jīng)溫升35 ℃的水所需要時間為0.128 h，耗電為0.034°。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)實際熱值為：

35000/0.034=1029411.76千卡/度；

綜合熱效率為：

1029411.76/860=119699%

2.2.2 電熱水器熱效率

電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

2.2.3 空氣源熱泵熱效率

賽特奧5匹空氣源熱泵熱水機組的額定制熱量為18 KW，輸入功率為4.8 KW，賽特奧5匹空氣源熱泵熱水機組配備的循環(huán)水泵功率為0.1.37 KW，那么該空氣源熱泵熱水機組的綜合熱效率為：

18/（4.8+0.137）=3.646

2.3 節(jié)能量計算

2.3.1 熱水熱量計算的統(tǒng)一條件設(shè)定

南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最熱的7、8月平均28.2℃。年均降雨量達1304.2 mm，平均相對濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

根據(jù)南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節(jié)劃分。夏季為5至9月，共計153 d，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計90 d，熱水需求系數(shù)取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122 d，熱水需求系數(shù)取0.8。

2.3.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計算

用戶最大日用熱水總量：74 t

水的溫差公式：水的溫差（℃）=水目標(biāo)水溫-水初始水溫

熱水需求量公式：

熱水需求總量（t）=日用最大熱水總量×熱水需求系數(shù)×供應(yīng)天數(shù)

熱水需求制熱量公式：

2.3.3 太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量的計算：

1千卡=4.182千焦?fàn)枺?/p>

1KW·h=3600千焦?fàn)枺?/p>

每一支￠58*1800太陽能真空集熱管的集熱面積為0.1044，每模塊50支管集熱面積為5.22平方米；

太陽能真空集熱管集熱效率為92%；

太陽能集熱系統(tǒng)管路和水箱的熱損失率，據(jù)許多實例檢測經(jīng)驗，取20%；

太陽能集熱系統(tǒng)的集熱量計算公式：

2.3.4 空氣源熱泵年節(jié)能量的計算：

由“全年熱量需要及電熱水器能耗表”可得到，整個小區(qū)全年生活熱水用熱需要總量為76.2458萬（kW·h），其中有29.6767萬（kW·h）的熱量由太陽能集熱模塊所提供。余下部分計算如下：

綜上所述，整個小區(qū)空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統(tǒng)全年運行耗電量為：

127726（kW·h）+247.9（kW·h）=12.7974萬（kW·h）

由“全年熱量需要及電熱水器能耗表”可得到，整個小區(qū)如果用電熱水器來制取生活熱水，全年運行耗電量為：80.2587萬（kW·h）。

空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統(tǒng)，相比使用電熱水器生產(chǎn)日常生活所需熱水，每年節(jié)省電量約：

80.2587-12.7974=67.4613萬（kW·h）

2.3.5 節(jié)能減排的計算

以1度電折合0.31kg標(biāo)準(zhǔn)煤

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生2.493kgCO2

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生0.075kgSO2

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生0.0375N0x

1 kWh電能價格按當(dāng)?shù)仉A梯電價后均價約0.80元/kWh計算

熱水系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)電熱水器年節(jié)能減排表

綜合上述計算，廣西環(huán)科院危舊房改住房改造建設(shè)項目采用太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)來制備生活熱水，相比各戶使用電熱水器生產(chǎn)日常生活所需熱水，每年總共節(jié)約電能約67.461萬kWh，折合成標(biāo)煤約209.130 t（按標(biāo)煤與電能換算指標(biāo)0.31 kg/kW·h計），減少二氧化碳排放量521.361 t，減少二氧化硫排放量15.685噸，減少氮氧化物排放量7.842 t。每年可節(jié)約電費53.969萬元（計階梯電價后均價約0.80元/kWh）。

3 結(jié)語

在能源危機壓力下，國家大力提昌開發(fā)利用可再生清潔能源。在生活熱水的使用上，采用太陽能與空氣源耦合熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效果是相當(dāng)?shù)娘@著，也給人們的生活帶來了極大的方便。太陽能與空氣源耦合熱水系統(tǒng)逐漸成為可再生能源開發(fā)利用中最引人注目的、應(yīng)用最為廣泛的新能源技術(shù)系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 張虎.太陽能熱利用技術(shù)在我國建筑節(jié)能中的應(yīng)用探討[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint

摘 要：介紹了太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，以廣西環(huán)境保護科學(xué)研究院危舊房改住房建設(shè)為例，對采用太陽能配備空氣源熱泵的熱水系統(tǒng)進行節(jié)能效益分析。結(jié)果表明，太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效果顯著，對我國走低碳經(jīng)濟之路有重要的參考價意義。

關(guān)鍵詞：太陽能 空氣源熱泵 節(jié)能減排

中圖分類號：TU822.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0043-02

廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時數(shù)1600 h，平均每年太陽能輻照量約為4578MJ/m2，太陽能資源十分豐富，利用太陽能潛力巨大。但太陽能對天氣要求較高，陰雨天等太陽輻射情況不好時無法使用。因此，太陽能-空氣源熱泵復(fù)合能源系統(tǒng)彌補了太陽能輻射受天氣氣候的影響較大的缺點，有太陽能輻照的天氣優(yōu)先采用太陽能，太陽能輻照不足時采用空氣源熱泵作為輔助熱源，從而實現(xiàn)全天候制取生活熱水，節(jié)能減排效果顯著。

1 項目的概況

廣西環(huán)境保護科學(xué)研究院兩棟危舊房改住房住宅樓，實施太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，共260戶910人，實施可再生能源應(yīng)用的建筑面積合計35208.9 m2。設(shè)定每天人均熱水定額為80L，使用時間為24 h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為74 m3。本熱水工程項目總計安裝了3250支太陽能真空集熱管，總計配備空氣源熱泵80匹，節(jié)能效果極為顯著。

2 熱水系統(tǒng)節(jié)能減排的計算分析

2.1 熱水系統(tǒng)的原理

生活熱水的系統(tǒng)由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱等組成，詳細(xì)系統(tǒng)圖見圖1。

2.2 熱效率的計算

2.2.1 太陽能集熱系統(tǒng)熱效率

太陽能集熱系統(tǒng)的熱效率計算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽能集熱系統(tǒng)在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265 KW，循環(huán)1000 kg已經(jīng)溫升35 ℃的水所需要時間為0.128 h，耗電為0.034°。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)實際熱值為：

35000/0.034=1029411.76千卡/度；

綜合熱效率為：

1029411.76/860=119699%

2.2.2 電熱水器熱效率

電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

2.2.3 空氣源熱泵熱效率

賽特奧5匹空氣源熱泵熱水機組的額定制熱量為18 KW，輸入功率為4.8 KW，賽特奧5匹空氣源熱泵熱水機組配備的循環(huán)水泵功率為0.1.37 KW，那么該空氣源熱泵熱水機組的綜合熱效率為：

18/（4.8+0.137）=3.646

2.3 節(jié)能量計算

2.3.1 熱水熱量計算的統(tǒng)一條件設(shè)定

南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最熱的7、8月平均28.2℃。年均降雨量達1304.2 mm，平均相對濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

根據(jù)南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節(jié)劃分。夏季為5至9月，共計153 d，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計90 d，熱水需求系數(shù)取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122 d，熱水需求系數(shù)取0.8。

2.3.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計算

用戶最大日用熱水總量：74 t

水的溫差公式：水的溫差（℃）=水目標(biāo)水溫-水初始水溫

熱水需求量公式：

熱水需求總量（t）=日用最大熱水總量×熱水需求系數(shù)×供應(yīng)天數(shù)

熱水需求制熱量公式：

2.3.3 太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量的計算：

1千卡=4.182千焦?fàn)枺?/p>

1KW·h=3600千焦?fàn)枺?/p>

每一支￠58*1800太陽能真空集熱管的集熱面積為0.1044，每模塊50支管集熱面積為5.22平方米；

太陽能真空集熱管集熱效率為92%；

太陽能集熱系統(tǒng)管路和水箱的熱損失率，據(jù)許多實例檢測經(jīng)驗，取20%；

太陽能集熱系統(tǒng)的集熱量計算公式：

2.3.4 空氣源熱泵年節(jié)能量的計算：

由“全年熱量需要及電熱水器能耗表”可得到，整個小區(qū)全年生活熱水用熱需要總量為76.2458萬（kW·h），其中有29.6767萬（kW·h）的熱量由太陽能集熱模塊所提供。余下部分計算如下：

綜上所述，整個小區(qū)空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統(tǒng)全年運行耗電量為：

127726（kW·h）+247.9（kW·h）=12.7974萬（kW·h）

由“全年熱量需要及電熱水器能耗表”可得到，整個小區(qū)如果用電熱水器來制取生活熱水，全年運行耗電量為：80.2587萬（kW·h）。

空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統(tǒng)，相比使用電熱水器生產(chǎn)日常生活所需熱水，每年節(jié)省電量約：

80.2587-12.7974=67.4613萬（kW·h）

2.3.5 節(jié)能減排的計算

以1度電折合0.31kg標(biāo)準(zhǔn)煤

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生2.493kgCO2

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生0.075kgSO2

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生0.0375N0x

1 kWh電能價格按當(dāng)?shù)仉A梯電價后均價約0.80元/kWh計算

熱水系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)電熱水器年節(jié)能減排表

綜合上述計算，廣西環(huán)科院危舊房改住房改造建設(shè)項目采用太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)來制備生活熱水，相比各戶使用電熱水器生產(chǎn)日常生活所需熱水，每年總共節(jié)約電能約67.461萬kWh，折合成標(biāo)煤約209.130 t（按標(biāo)煤與電能換算指標(biāo)0.31 kg/kW·h計），減少二氧化碳排放量521.361 t，減少二氧化硫排放量15.685噸，減少氮氧化物排放量7.842 t。每年可節(jié)約電費53.969萬元（計階梯電價后均價約0.80元/kWh）。

3 結(jié)語

在能源危機壓力下，國家大力提昌開發(fā)利用可再生清潔能源。在生活熱水的使用上，采用太陽能與空氣源耦合熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效果是相當(dāng)?shù)娘@著，也給人們的生活帶來了極大的方便。太陽能與空氣源耦合熱水系統(tǒng)逐漸成為可再生能源開發(fā)利用中最引人注目的、應(yīng)用最為廣泛的新能源技術(shù)系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 張虎.太陽能熱利用技術(shù)在我國建筑節(jié)能中的應(yīng)用探討[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint

摘 要：介紹了太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，以廣西環(huán)境保護科學(xué)研究院危舊房改住房建設(shè)為例，對采用太陽能配備空氣源熱泵的熱水系統(tǒng)進行節(jié)能效益分析。結(jié)果表明，太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效果顯著，對我國走低碳經(jīng)濟之路有重要的參考價意義。

關(guān)鍵詞：太陽能 空氣源熱泵 節(jié)能減排

中圖分類號：TU822.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0043-02

廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時數(shù)1600 h，平均每年太陽能輻照量約為4578MJ/m2，太陽能資源十分豐富，利用太陽能潛力巨大。但太陽能對天氣要求較高，陰雨天等太陽輻射情況不好時無法使用。因此，太陽能-空氣源熱泵復(fù)合能源系統(tǒng)彌補了太陽能輻射受天氣氣候的影響較大的缺點，有太陽能輻照的天氣優(yōu)先采用太陽能，太陽能輻照不足時采用空氣源熱泵作為輔助熱源，從而實現(xiàn)全天候制取生活熱水，節(jié)能減排效果顯著。

1 項目的概況

廣西環(huán)境保護科學(xué)研究院兩棟危舊房改住房住宅樓，實施太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，共260戶910人，實施可再生能源應(yīng)用的建筑面積合計35208.9 m2。設(shè)定每天人均熱水定額為80L，使用時間為24 h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為74 m3。本熱水工程項目總計安裝了3250支太陽能真空集熱管，總計配備空氣源熱泵80匹，節(jié)能效果極為顯著。

2 熱水系統(tǒng)節(jié)能減排的計算分析

2.1 熱水系統(tǒng)的原理

生活熱水的系統(tǒng)由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱等組成，詳細(xì)系統(tǒng)圖見圖1。

2.2 熱效率的計算

2.2.1 太陽能集熱系統(tǒng)熱效率

太陽能集熱系統(tǒng)的熱效率計算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽能集熱系統(tǒng)在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265 KW，循環(huán)1000 kg已經(jīng)溫升35 ℃的水所需要時間為0.128 h，耗電為0.034°。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)實際熱值為：

35000/0.034=1029411.76千卡/度；

綜合熱效率為：

1029411.76/860=119699%

2.2.2 電熱水器熱效率

電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

2.2.3 空氣源熱泵熱效率

賽特奧5匹空氣源熱泵熱水機組的額定制熱量為18 KW，輸入功率為4.8 KW，賽特奧5匹空氣源熱泵熱水機組配備的循環(huán)水泵功率為0.1.37 KW，那么該空氣源熱泵熱水機組的綜合熱效率為：

18/（4.8+0.137）=3.646

2.3 節(jié)能量計算

2.3.1 熱水熱量計算的統(tǒng)一條件設(shè)定

南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最熱的7、8月平均28.2℃。年均降雨量達1304.2 mm，平均相對濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

根據(jù)南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節(jié)劃分。夏季為5至9月，共計153 d，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計90 d，熱水需求系數(shù)取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122 d，熱水需求系數(shù)取0.8。

2.3.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計算

用戶最大日用熱水總量：74 t

水的溫差公式：水的溫差（℃）=水目標(biāo)水溫-水初始水溫

熱水需求量公式：

熱水需求總量（t）=日用最大熱水總量×熱水需求系數(shù)×供應(yīng)天數(shù)

熱水需求制熱量公式：

2.3.3 太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量的計算：

1千卡=4.182千焦?fàn)枺?/p>

1KW·h=3600千焦?fàn)枺?/p>

每一支￠58*1800太陽能真空集熱管的集熱面積為0.1044，每模塊50支管集熱面積為5.22平方米；

太陽能真空集熱管集熱效率為92%；

太陽能集熱系統(tǒng)管路和水箱的熱損失率，據(jù)許多實例檢測經(jīng)驗，取20%；

太陽能集熱系統(tǒng)的集熱量計算公式：

2.3.4 空氣源熱泵年節(jié)能量的計算：

由“全年熱量需要及電熱水器能耗表”可得到，整個小區(qū)全年生活熱水用熱需要總量為76.2458萬（kW·h），其中有29.6767萬（kW·h）的熱量由太陽能集熱模塊所提供。余下部分計算如下：

綜上所述，整個小區(qū)空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統(tǒng)全年運行耗電量為：

127726（kW·h）+247.9（kW·h）=12.7974萬（kW·h）

由“全年熱量需要及電熱水器能耗表”可得到，整個小區(qū)如果用電熱水器來制取生活熱水，全年運行耗電量為：80.2587萬（kW·h）。

空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統(tǒng)，相比使用電熱水器生產(chǎn)日常生活所需熱水，每年節(jié)省電量約：

80.2587-12.7974=67.4613萬（kW·h）

2.3.5 節(jié)能減排的計算

以1度電折合0.31kg標(biāo)準(zhǔn)煤

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生2.493kgCO2

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生0.075kgSO2

1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生0.0375N0x

1 kWh電能價格按當(dāng)?shù)仉A梯電價后均價約0.80元/kWh計算

熱水系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)電熱水器年節(jié)能減排表

綜合上述計算，廣西環(huán)科院危舊房改住房改造建設(shè)項目采用太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)來制備生活熱水，相比各戶使用電熱水器生產(chǎn)日常生活所需熱水，每年總共節(jié)約電能約67.461萬kWh，折合成標(biāo)煤約209.130 t（按標(biāo)煤與電能換算指標(biāo)0.31 kg/kW·h計），減少二氧化碳排放量521.361 t，減少二氧化硫排放量15.685噸，減少氮氧化物排放量7.842 t。每年可節(jié)約電費53.969萬元（計階梯電價后均價約0.80元/kWh）。

3 結(jié)語

在能源危機壓力下，國家大力提昌開發(fā)利用可再生清潔能源。在生活熱水的使用上，采用太陽能與空氣源耦合熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效果是相當(dāng)?shù)娘@著，也給人們的生活帶來了極大的方便。太陽能與空氣源耦合熱水系統(tǒng)逐漸成為可再生能源開發(fā)利用中最引人注目的、應(yīng)用最為廣泛的新能源技術(shù)系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 張虎.太陽能熱利用技術(shù)在我國建筑節(jié)能中的應(yīng)用探討[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint