太陽能空氣源耦合熱水系統的節能減排分析
2014-11-10 12:24:24鄭軍龍
科技創新導報 2014年8期
鄭軍龍
摘 要：介紹了太陽能空氣源耦合熱水系統，以廣西環境保護科學研究院危舊房改住房建設為例，對采用太陽能配備空氣源熱泵的熱水系統進行節能效益分析。結果表明，太陽能空氣源耦合熱水系統節能減排效果顯著，對我國走低碳經濟之路有重要的參考價意義。
關鍵詞：太陽能 空氣源熱泵 節能減排
中圖分類號：TU822.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0043-02
廣西屬于屬南亞熱帶季風氣候，氣候溫和，平均年日照時數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-空氣源熱泵復合能源系統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，從而實現全天候制取生活熱水，節能減排效果顯著。
1 項目的概況
廣西環境保護科學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，共260戶910人，實施可再生能源應用的建筑面積合計35208.9 m2。設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，節能效果極為顯著。
2 熱水系統節能減排的計算分析
2.1 熱水系統的原理
生活熱水的系統由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱等組成，詳細系統圖見圖1。
2.2 熱效率的計算
2.2.1 太陽能集熱系統熱效率
太陽能集熱系統的熱效率計算方法，以配備有循環水泵的集中式太陽能集熱系統為例，通常太陽能集熱系統在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設定溫度，太陽能集熱系統只有循環水泵消耗少量電能，其它任何設備都不消耗電能，以本系統為例配備的循環水泵額定輸入功率為0.265 KW，循環1000 kg已經溫升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水泵的集中式太陽能集熱系統實際熱值為：
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 節能量計算
2.3.1 熱水熱量計算的統一條件設定
南寧位于北回歸線以南，地理坐標東經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。亞熱帶季風氣候。
根據南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節劃分。夏季為5至9月，共計153 d，熱水需求系數取0.6；冬季為1、2、12月，共計90 d，熱水需求系數取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122 d，熱水需求系數取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×供應天數
熱水需求制熱量公式：
2.3.3 太陽能集熱系統年節能量的計算：
1千卡=4.182千焦爾；
1KW·h=3600千焦爾；
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%；
太陽能集熱系統管路和水箱的熱損失率，據許多實例檢測經驗，取20%；
太陽能集熱系統的集熱量計算公式：
2.3.4 空氣源熱泵年節能量的計算：
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，整個小區空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統全年運行耗電量為：
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，相比使用電熱水器生產日常生活所需熱水，每年節省電量約：
80.2587-12.7974=67.4613萬（kW·h）
2.3.5 節能減排的計算
以1度電折合0.31kg標準煤
1 kg標準煤產生2.493kgCO2
1 kg標準煤產生0.075kgSO2
1 kg標準煤產生0.0375N0x
1 kWh電能價格按當地階梯電價后均價約0.80元/kWh計算
熱水系統相對于傳統電熱水器年節能減排表
綜合上述計算，廣西環科院危舊房改住房改造建設項目采用太陽能空氣源耦合熱水系統來制備生活熱水，相比各戶使用電熱水器生產日常生活所需熱水，每年總共節約電能約67.461萬kWh，折合成標煤約209.130 t（按標煤與電能換算指標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。每年可節約電費53.969萬元（計階梯電價后均價約0.80元/kWh）。
3 結語
在能源危機壓力下，國家大力提昌開發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節能減排效果是相當的顯著，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逐漸成為可再生能源開發利用中最引人注目的、應用最為廣泛的新能源技術系統。
參考文獻
[1] 張虎.太陽能熱利用技術在我國建筑節能中的應用探討[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，以廣西環境保護科學研究院危舊房改住房建設為例，對采用太陽能配備空氣源熱泵的熱水系統進行節能效益分析。結果表明，太陽能空氣源耦合熱水系統節能減排效果顯著，對我國走低碳經濟之路有重要的參考價意義。
關鍵詞：太陽能 空氣源熱泵 節能減排
中圖分類號：TU822.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0043-02
廣西屬于屬南亞熱帶季風氣候，氣候溫和，平均年日照時數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-空氣源熱泵復合能源系統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，從而實現全天候制取生活熱水，節能減排效果顯著。
1 項目的概況
廣西環境保護科學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，共260戶910人，實施可再生能源應用的建筑面積合計35208.9 m2。設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，節能效果極為顯著。
2 熱水系統節能減排的計算分析
2.1 熱水系統的原理
生活熱水的系統由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱等組成，詳細系統圖見圖1。
2.2 熱效率的計算
2.2.1 太陽能集熱系統熱效率
太陽能集熱系統的熱效率計算方法，以配備有循環水泵的集中式太陽能集熱系統為例，通常太陽能集熱系統在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設定溫度，太陽能集熱系統只有循環水泵消耗少量電能，其它任何設備都不消耗電能，以本系統為例配備的循環水泵額定輸入功率為0.265 KW，循環1000 kg已經溫升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水泵的集中式太陽能集熱系統實際熱值為：
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 節能量計算
2.3.1 熱水熱量計算的統一條件設定
南寧位于北回歸線以南，地理坐標東經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。亞熱帶季風氣候。
根據南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節劃分。夏季為5至9月，共計153 d，熱水需求系數取0.6；冬季為1、2、12月，共計90 d，熱水需求系數取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122 d，熱水需求系數取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×供應天數
熱水需求制熱量公式：
2.3.3 太陽能集熱系統年節能量的計算：
1千卡=4.182千焦爾；
1KW·h=3600千焦爾；
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%；
太陽能集熱系統管路和水箱的熱損失率，據許多實例檢測經驗，取20%；
太陽能集熱系統的集熱量計算公式：
2.3.4 空氣源熱泵年節能量的計算：
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，整個小區空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統全年運行耗電量為：
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，相比使用電熱水器生產日常生活所需熱水，每年節省電量約：
80.2587-12.7974=67.4613萬（kW·h）
2.3.5 節能減排的計算
以1度電折合0.31kg標準煤
1 kg標準煤產生2.493kgCO2
1 kg標準煤產生0.075kgSO2
1 kg標準煤產生0.0375N0x
1 kWh電能價格按當地階梯電價后均價約0.80元/kWh計算
熱水系統相對于傳統電熱水器年節能減排表
綜合上述計算，廣西環科院危舊房改住房改造建設項目采用太陽能空氣源耦合熱水系統來制備生活熱水，相比各戶使用電熱水器生產日常生活所需熱水，每年總共節約電能約67.461萬kWh，折合成標煤約209.130 t（按標煤與電能換算指標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。每年可節約電費53.969萬元（計階梯電價后均價約0.80元/kWh）。
3 結語
在能源危機壓力下，國家大力提昌開發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節能減排效果是相當的顯著，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逐漸成為可再生能源開發利用中最引人注目的、應用最為廣泛的新能源技術系統。
參考文獻
[1] 張虎.太陽能熱利用技術在我國建筑節能中的應用探討[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，以廣西環境保護科學研究院危舊房改住房建設為例，對采用太陽能配備空氣源熱泵的熱水系統進行節能效益分析。結果表明，太陽能空氣源耦合熱水系統節能減排效果顯著，對我國走低碳經濟之路有重要的參考價意義。
關鍵詞：太陽能 空氣源熱泵 節能減排
中圖分類號：TU822.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0043-02
廣西屬于屬南亞熱帶季風氣候，氣候溫和，平均年日照時數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-空氣源熱泵復合能源系統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，從而實現全天候制取生活熱水，節能減排效果顯著。
1 項目的概況
廣西環境保護科學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，共260戶910人，實施可再生能源應用的建筑面積合計35208.9 m2。設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，節能效果極為顯著。
2 熱水系統節能減排的計算分析
2.1 熱水系統的原理
生活熱水的系統由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱等組成，詳細系統圖見圖1。
2.2 熱效率的計算
2.2.1 太陽能集熱系統熱效率
太陽能集熱系統的熱效率計算方法，以配備有循環水泵的集中式太陽能集熱系統為例，通常太陽能集熱系統在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設定溫度，太陽能集熱系統只有循環水泵消耗少量電能，其它任何設備都不消耗電能，以本系統為例配備的循環水泵額定輸入功率為0.265 KW，循環1000 kg已經溫升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水泵的集中式太陽能集熱系統實際熱值為：
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 節能量計算
2.3.1 熱水熱量計算的統一條件設定
南寧位于北回歸線以南，地理坐標東經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。亞熱帶季風氣候。
根據南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節劃分。夏季為5至9月，共計153 d，熱水需求系數取0.6；冬季為1、2、12月，共計90 d，熱水需求系數取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122 d，熱水需求系數取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×供應天數
熱水需求制熱量公式：
2.3.3 太陽能集熱系統年節能量的計算：
1千卡=4.182千焦爾；
1KW·h=3600千焦爾；
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%；
太陽能集熱系統管路和水箱的熱損失率，據許多實例檢測經驗，取20%；
太陽能集熱系統的集熱量計算公式：
2.3.4 空氣源熱泵年節能量的計算：
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，整個小區空氣源熱泵與太陽能光熱耦合熱水系統全年運行耗電量為：
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，相比使用電熱水器生產日常生活所需熱水，每年節省電量約：
80.2587-12.7974=67.4613萬（kW·h）
2.3.5 節能減排的計算
以1度電折合0.31kg標準煤
1 kg標準煤產生2.493kgCO2
1 kg標準煤產生0.075kgSO2
1 kg標準煤產生0.0375N0x
1 kWh電能價格按當地階梯電價后均價約0.80元/kWh計算
熱水系統相對于傳統電熱水器年節能減排表
綜合上述計算，廣西環科院危舊房改住房改造建設項目采用太陽能空氣源耦合熱水系統來制備生活熱水，相比各戶使用電熱水器生產日常生活所需熱水，每年總共節約電能約67.461萬kWh，折合成標煤約209.130 t（按標煤與電能換算指標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。每年可節約電費53.969萬元（計階梯電價后均價約0.80元/kWh）。
3 結語
在能源危機壓力下，國家大力提昌開發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節能減排效果是相當的顯著，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逐漸成為可再生能源開發利用中最引人注目的、應用最為廣泛的新能源技術系統。
參考文獻
[1] 張虎.太陽能熱利用技術在我國建筑節能中的應用探討[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint
