湖南高校生活熱水供應(yīng)現(xiàn)狀與節(jié)能對(duì)策

文_陳樹文 湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院

堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，是從源頭上扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明的重要手段。節(jié)約能源，應(yīng)提高能源的使用效率，高校應(yīng)充分發(fā)揮在節(jié)能減排工作中的示范和帶動(dòng)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(xiàn)。

隨著社會(huì)的發(fā)展，高校的規(guī)模擴(kuò)張，學(xué)生人數(shù)的增加，高校學(xué)生的生活熱水量需求大增。目前我國(guó)校園能耗占社會(huì)總能耗的8%。全國(guó)大學(xué)生人均能耗、水耗分別是全國(guó)居民人均能耗的4倍和2倍。據(jù)調(diào)查夏熱冬冷地區(qū)的13所高校發(fā)現(xiàn)，學(xué)生平均能耗為全國(guó)人均能耗的2倍左右，其中最高的達(dá)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(yīng)值得重點(diǎn)關(guān)注的問題，這對(duì)高校的節(jié)能減排乃至整個(gè)國(guó)家的節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，將會(huì)起到積極的促進(jìn)作用。

1 高校生活熱水供應(yīng)現(xiàn)狀與要求

通過調(diào)研，當(dāng)前湖南地區(qū)高校的生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)存在以下特點(diǎn)：

①每個(gè)學(xué)校都建有澡堂，同時(shí)每個(gè)宿舍亦有洗澡噴頭及洗臉盆。學(xué)生平時(shí)的洗漱基本上在宿舍進(jìn)行，而洗澡則可以在澡堂也可以在宿舍。據(jù)調(diào)研，由于大部分學(xué)校學(xué)生選擇在宿舍洗澡。

②各高校的衛(wèi)生熱水供應(yīng)為定時(shí)供應(yīng)方式，供水時(shí)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(gè)學(xué)校都有集中制取生活熱水的設(shè)備，加熱設(shè)備有燃?xì)忮仩t房、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)等等，這些設(shè)備制取的生活熱水一般只供應(yīng)澡堂。80%的學(xué)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(xué)生宿舍的衛(wèi)生熱水供應(yīng)，全部采用小型的電熱水器。

④學(xué)生在澡堂洗澡時(shí)須插卡用水，按用水量收費(fèi)。學(xué)生在宿舍用水時(shí)，如宿舍是集中供熱水，則需插IC卡取水；無集中供熱水時(shí)，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(fèi)用。

⑤各校在集中制取生活熱水時(shí)，各季節(jié)制取的生活熱水量一致。

顯然，從上述調(diào)研可以看出，使用高能耗設(shè)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(yīng)系統(tǒng)選擇

2.1 湖南地區(qū)氣候特點(diǎn)

湖南地處長(zhǎng)江以南，屬亞熱帶大陸性季風(fēng)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(zhǎng)。以長(zhǎng)沙為例，長(zhǎng)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(zhǎng)沙地區(qū)各月太陽總輻射量數(shù)據(jù)見表1，累計(jì)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(yīng)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(zhuǎn)化為熱能。該設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，初投資低。但是耗電量大，運(yùn)行成本高，用戶的電力設(shè)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?zé)嵩矗蒙倭康碾娔茏龉牡蜏貍?cè)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(shè)備。空氣源熱泵系統(tǒng)在湖南地區(qū)能效比（COP）可達(dá)2.5～3.0，具有運(yùn)行能效高、運(yùn)行費(fèi)低的特點(diǎn)。但在環(huán)境溫度較低的情況下需要開啟輔助加熱設(shè)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(shù)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(shí)，需要通過輔助加熱系統(tǒng)加強(qiáng)制熱效果。

2.2.4 燃?xì)饣蛉加湾仩t

燃?xì)忮仩t制取生活熱水是一種傳統(tǒng)的制熱方式，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，且制熱效果不受環(huán)境的變化而影響，穩(wěn)定可靠，運(yùn)行費(fèi)用較低。但需要有天然氣源且需要一定的天然氣初裝費(fèi)，是輔助熱源的選擇。

2.3 制熱設(shè)備的主要技術(shù)與經(jīng)濟(jì)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(yùn)行費(fèi)用極低；但是初投資較大。湖南省屬亞熱帶大陸性季風(fēng)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(yīng)系統(tǒng)的有效選擇。

在選擇輔助加熱裝置時(shí)，如從運(yùn)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(shí)，制熱量會(huì)產(chǎn)生衰減，從可靠性方面考慮，并且如項(xiàng)目所在城市的天然氣的供應(yīng)可靠，如湖南省的絕大部分地級(jí)市，則建議采用燃?xì)忮仩t。如所在城市天然氣的供應(yīng)存在問題，如湖南省的縣級(jí)城市和偏遠(yuǎn)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(yīng)系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑

簡(jiǎn)要介紹太陽能熱水器+燃?xì)忮仩t的系統(tǒng)形式。

2.4.1 太陽能+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)的工作原理

圖1為太陽能+燃?xì)忮仩t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(shí)，或制取的生活熱水溫度不能滿足供水系統(tǒng)的需要時(shí)，需開啟燃?xì)忮仩t補(bǔ)充制熱。

表1 長(zhǎng)沙地區(qū)各月太陽總輻射量

表2 各種類型生活熱水供應(yīng)設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)分析表

圖1 太陽能+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)原理圖

考慮到高校的用水時(shí)間與用水量的變化，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)時(shí)間段，如采用即熱設(shè)備制取熱水滿足需要，則制熱設(shè)備會(huì)非常大，初投資與很高。因此，建議系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的蓄熱水箱，利用制熱設(shè)備在每天的大部分時(shí)間段連續(xù)運(yùn)行以制取生活熱水并儲(chǔ)存在蓄熱水箱以備使用。

②由于不同季節(jié)的天氣變化，導(dǎo)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(shí)段的供水量變化。同時(shí)，增加天氣跟蹤系統(tǒng)，及時(shí)靈活調(diào)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(yùn)行費(fèi)用。

③增加能源管理系統(tǒng)，防止浪費(fèi)。學(xué)生用水必須插IC卡取水。

2.4.2 太陽能+燃?xì)忮仩t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(yùn)行模式，如集熱、放熱、停電保護(hù)、防凍保護(hù)、輔助加熱、過熱保護(hù)和排水等。控制系統(tǒng)要遵循簡(jiǎn)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(yùn)行的控制建議采用定溫控制，供水溫度設(shè)定為55～60℃。主要控制內(nèi)容包括補(bǔ)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(hù)裝置（保證鍋爐安全）、變頻定時(shí)供熱水裝置（保證供水穩(wěn)定）、定時(shí)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(jì)效益。以長(zhǎng)沙地區(qū)某高校為例，該校有學(xué)生約10000人，計(jì)算得到春秋兩季每天需要衛(wèi)生熱水量為400t，其運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比見表3。

表3 不同設(shè)備類型下的運(yùn)行費(fèi)用一覽表

按上述計(jì)算，每年可以節(jié)約的電費(fèi)是非常可觀的。作為可再生能源，太陽能熱水系統(tǒng)獲得了良好的社會(huì)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(jié)語

太陽能制熱+燃?xì)忮仩t輔助加熱的生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)的節(jié)能效益是非常顯著的。考慮到湖南的氣候與太陽能輻射量，太陽能制熱+燃?xì)忮仩t輔助加熱的生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)是湖南高校適宜的節(jié)能型生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在太陽能輻射強(qiáng)度滿足要求時(shí)可以利用太陽能制取生活熱水；在日照不足時(shí)采用燃?xì)忮仩t補(bǔ)充制熱量，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠且節(jié)能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用時(shí)，應(yīng)同時(shí)加裝制熱量控制系統(tǒng)，以靈活調(diào)節(jié)制取的生活熱水量以滿足不同季節(jié)、不同時(shí)段的生活熱水量變化。該系統(tǒng)通過實(shí)例應(yīng)用顯示，節(jié)能效益明顯，且同時(shí)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。