湖南高校生活熱水供應現(xiàn)狀與節(jié)能對策

文_陳樹文 湖南城建職業(yè)技術學院

堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境，是從源頭上扭轉生態(tài)環(huán)境惡化趨勢實現(xiàn)生態(tài)文明的重要手段。節(jié)約能源，應提高能源的使用效率，高校應充分發(fā)揮在節(jié)能減排工作中的示范和帶動作用，為人民創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境，為全球生態(tài)環(huán)境作出貢獻。

隨著社會的發(fā)展，高校的規(guī)模擴張，學生人數(shù)的增加，高校學生的生活熱水量需求大增。目前我國校園能耗占社會總能耗的8%。全國大學生人均能耗、水耗分別是全國居民人均能耗的4倍和2倍。據(jù)調查夏熱冬冷地區(qū)的13所高校發(fā)現(xiàn)，學生平均能耗為全國人均能耗的2倍左右，其中最高的達4倍之多，可見高校建筑能耗存在較大的節(jié)能潛力。因此，如何合理利用可再生能源，減少環(huán)境污染，減少能源消耗成為高校校園生活熱水供應值得重點關注的問題，這對高校的節(jié)能減排乃至整個國家的節(jié)能減排目標的實現(xiàn)，將會起到積極的促進作用。

1 高校生活熱水供應現(xiàn)狀與要求

通過調研，當前湖南地區(qū)高校的生活熱水供應系統(tǒng)存在以下特點：

①每個學校都建有澡堂，同時每個宿舍亦有洗澡噴頭及洗臉盆。學生平時的洗漱基本上在宿舍進行，而洗澡則可以在澡堂也可以在宿舍。據(jù)調研，由于大部分學校學生選擇在宿舍洗澡。

②各高校的衛(wèi)生熱水供應為定時供應方式，供水時段為早上6：30～8：00，中午12：00～14：00，晚上則為17：30～23：30。

③生活熱水的制取采用集中+局部的混合方式。每個學校都有集中制取生活熱水的設備，加熱設備有燃氣鍋爐房、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)等等，這些設備制取的生活熱水一般只供應澡堂。80%的學生宿舍無集中供熱水，宿舍一般采用電熱水器制取生活熱水的形式。如湖南某985高校，其學生宿舍的衛(wèi)生熱水供應，全部采用小型的電熱水器。

④學生在澡堂洗澡時須插卡用水，按用水量收費。學生在宿舍用水時，如宿舍是集中供熱水，則需插IC卡取水；無集中供熱水時，由于宿舍的生活熱水采用電熱水器制備，所以直接按耗電量收取費用。

⑤各校在集中制取生活熱水時，各季節(jié)制取的生活熱水量一致。

顯然，從上述調研可以看出，使用高能耗設備如電熱水器且無節(jié)能措施是衛(wèi)生熱水能耗居高不下的主要原因。

2 高校生活熱水供應系統(tǒng)選擇

2.1 湖南地區(qū)氣候特點

湖南地處長江以南，屬亞熱帶大陸性季風氣候類型，為典型的冬冷夏熱地區(qū)，冬寒夏熱，四季分明；春秋短促，冬夏綿長。以長沙為例，長沙地區(qū)夏季約118～127d，冬季117～122d，春季61～64d，秋季59～69d。年平均氣溫16.8～17.2℃；夏季日平均氣溫在30℃以上有85d；全年以1月最冷，月平均為4.4～5.1℃，極端低溫-11.3℃。長沙地區(qū)各月太陽總輻射量數(shù)據(jù)見表1，累計全年的太陽總輻射量為3853.9MJ/m2，年平均日太陽能輻射量為10.55MJ/m2，年平均日照數(shù)3.22h/d。

2.2 目前生活熱水集中供應系統(tǒng)分析

2.2.1 電熱鍋爐

電熱是一種以電能為能源制備熱水的熱水器，它采用加熱管直接加熱的方式，將電能轉化為熱能。該設備簡單可靠，初投資低。但是耗電量大，運行成本高，用戶的電力設備投資也比較高。

2.2.2 空氣源熱泵熱水器

空氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用逆卡諾循環(huán)原理，以空氣為低溫熱源，利用少量的電能做功從低溫側吸收熱量來加熱生活用水。它是一種高效節(jié)能且環(huán)保的設備?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)在湖南地區(qū)能效比（COP）可達2.5～3.0，具有運行能效高、運行費低的特點。但在環(huán)境溫度較低的情況下需要開啟輔助加熱設備方可滿足要求，另外系統(tǒng)的初投資也比較高。

2.2.3 太陽能熱水器

太陽能熱水器是利用集熱管收集太陽能制取生活熱水的裝置，無污染，既環(huán)保，又能滿足人們的用熱需求，且技術非常成熟。但初投資高，且需要安裝太陽能集熱器，占地面大。但在太陽能集熱系統(tǒng)接收的輻射能較低時，需要通過輔助加熱系統(tǒng)加強制熱效果。

2.2.4 燃氣或燃油鍋爐

燃氣鍋爐制取生活熱水是一種傳統(tǒng)的制熱方式，系統(tǒng)簡單，且制熱效果不受環(huán)境的變化而影響，穩(wěn)定可靠，運行費用較低。但需要有天然氣源且需要一定的天然氣初裝費，是輔助熱源的選擇。

2.3 制熱設備的主要技術與經(jīng)濟比較、分析（見表2）

從表2分析可以看出，太陽能熱水器由于不要消耗任何能源，效率高，運行費用極低；但是初投資較大。湖南省屬亞熱帶大陸性季風氣候類型，年平均日太陽能輻射量較好，具備使用太陽能熱水器的條件。太陽能熱水系統(tǒng)在初投資可以保證的前提下，是生活熱水供應系統(tǒng)的有效選擇。

在選擇輔助加熱裝置時，如從運行成本角度考慮，可以采用空氣源熱泵熱水器；考慮到空氣熱源在環(huán)境溫度較低時，制熱量會產(chǎn)生衰減，從可靠性方面考慮，并且如項目所在城市的天然氣的供應可靠，如湖南省的絕大部分地級市，則建議采用燃氣鍋爐。如所在城市天然氣的供應存在問題，如湖南省的縣級城市和偏遠地區(qū)的城市，則可以考慮采用電加熱系統(tǒng)作為輔助熱源。

2.4 推薦采用的生活熱水供應系統(tǒng)技術實現(xiàn)路徑

簡要介紹太陽能熱水器+燃氣鍋爐的系統(tǒng)形式。

2.4.1 太陽能+燃氣鍋爐系統(tǒng)的工作原理

圖1為太陽能+燃氣鍋爐制取衛(wèi)生熱水的系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)在太陽能集熱器接收到的太陽能輻射熱能滿足制備符合要求的衛(wèi)生熱水量，采用太陽能制取生活熱水，如太陽能集熱器接收到的輻射熱低于制取足量的生活熱水時，或制取的生活熱水溫度不能滿足供水系統(tǒng)的需要時，需開啟燃氣鍋爐補充制熱。

表1 長沙地區(qū)各月太陽總輻射量

表2 各種類型生活熱水供應設備技術特點分析表

圖1 太陽能+燃氣鍋爐系統(tǒng)原理圖

考慮到高校的用水時間與用水量的變化，在系統(tǒng)設計時注意以下原則：

①由于一般高校的用水高峰主要處于早上、中午與晚上三個時間段，如采用即熱設備制取熱水滿足需要，則制熱設備會非常大，初投資與很高。因此，建議系統(tǒng)中設置相應數(shù)量的蓄熱水箱，利用制熱設備在每天的大部分時間段連續(xù)運行以制取生活熱水并儲存在蓄熱水箱以備使用。

②由于不同季節(jié)的天氣變化，導致生活熱水的用水量處于不斷的變化中。因此，建議采用變頻供水系統(tǒng)，滿足不同時段的供水量變化。同時，增加天氣跟蹤系統(tǒng)，及時靈活調整每天的生活熱水制取量，以需定產(chǎn)，減少能源消耗，降低運行費用。

③增加能源管理系統(tǒng)，防止浪費。學生用水必須插IC卡取水。

2.4.2 太陽能+燃氣鍋爐的控制

太陽能集熱系統(tǒng)的控制需要考慮大系統(tǒng)所有可能的運行模式，如集熱、放熱、停電保護、防凍保護、輔助加熱、過熱保護和排水等。控制系統(tǒng)要遵循簡單可靠的原則，選擇可靠的控制器和傳感器。為保證生活熱水的供水溫度，其運行的控制建議采用定溫控制，供水溫度設定為55～60℃。主要控制內容包括補水裝置、太陽能溫差循環(huán)控制、防凍排空裝置、太陽能集熱器與水箱溫度傳感裝置、定溫輔助加熱控制、防干燒及鍋爐保護裝置（保證鍋爐安全）、變頻定時供熱水裝置（保證供水穩(wěn)定）、定時定溫回水控制等。

2.5 節(jié)能效益分析

太陽能具有明顯的經(jīng)濟效益。以長沙地區(qū)某高校為例，該校有學生約10000人，計算得到春秋兩季每天需要衛(wèi)生熱水量為400t，其運行費用對比見表3。

表3 不同設備類型下的運行費用一覽表

按上述計算，每年可以節(jié)約的電費是非?？捎^的。作為可再生能源，太陽能熱水系統(tǒng)獲得了良好的社會效益。太陽能熱水系統(tǒng)無污染、無噪聲、無廢物廢氣排放，具有重要的環(huán)境效益。

3 結語

太陽能制熱+燃氣鍋爐輔助加熱的生活熱水供應系統(tǒng)的節(jié)能效益是非常顯著的?？紤]到湖南的氣候與太陽能輻射量，太陽能制熱+燃氣鍋爐輔助加熱的生活熱水供應系統(tǒng)是湖南高校適宜的節(jié)能型生活熱水供應系統(tǒng)。該系統(tǒng)在太陽能輻射強度滿足要求時可以利用太陽能制取生活熱水；在日照不足時采用燃氣鍋爐補充制熱量，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠且節(jié)能。在系統(tǒng)設計與使用時，應同時加裝制熱量控制系統(tǒng)，以靈活調節(jié)制取的生活熱水量以滿足不同季節(jié)、不同時段的生活熱水量變化。該系統(tǒng)通過實例應用顯示，節(jié)能效益明顯，且同時取得了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。