摘要：介紹了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與常用幾種輔助熱水熱源組合在實(shí)際的運(yùn)用，結(jié)合工程實(shí)例，探討與分析了以太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為主與常用幾種輔助熱水熱源組合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等指標(biāo)上的分析。
　　
　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；熱水；節(jié)能；經(jīng)濟(jì)；環(huán)保
　　
　　1太陽(yáng)能資源利用前景
　　目前，我國(guó)已成為煤炭消費(fèi)第一大國(guó)，油、電消費(fèi)第二大國(guó)。面對(duì)如此嚴(yán)峻的能源需求，太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源的利用為緩解能源緊缺起到積極作用，同時(shí)也催生了太陽(yáng)能行業(yè)的政策環(huán)境，節(jié)約資源是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，充分認(rèn)識(shí)到節(jié)約資源的重要性和緊迫性，對(duì)加快推進(jìn)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)將起到重要作用。近年來，隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，我國(guó)建筑耗能已超過全國(guó)能源的消費(fèi)總量的25%，公共建筑耗能巨大，且浪費(fèi)嚴(yán)重，賓館、飯店、集體宿舍是民用建筑的1.8倍，因此采用各項(xiàng)節(jié)能措施，降低能耗越發(fā)顯得重要。賓館、飯店、集體宿舍的耗能量中，生活熱水是僅次于空調(diào)的耗能大戶，如何正確選擇和優(yōu)化熱源，對(duì)賓館、飯店、集體宿舍的節(jié)能指標(biāo)很重要。
　　太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷核聚變反應(yīng)過程中產(chǎn)生的能量，是人類賴以生存和發(fā)展的能源，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)就是通過太陽(yáng)能集熱器高效地吸收太陽(yáng)輻射能，直接轉(zhuǎn)換為熱能對(duì)水進(jìn)行加熱的產(chǎn)品。太陽(yáng)能是可再生能源，是取之不盡、用之不竭的新能源。
　　集中式熱水系統(tǒng)是以一個(gè)單元(或多個(gè)單元)為一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)置一個(gè)總水箱，將若干個(gè)集熱器串并聯(lián)組成一個(gè)大的系統(tǒng)。但是，太陽(yáng)輻射具有不穩(wěn)定性和很強(qiáng)的季節(jié)性，如陰雨天和晴天，冬天和夏天的集熱器存在得熱差異，單一太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)不能滿足用戶要求，因此，配置輔助熱源是必要的。技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯的輔助熱源方案能以最低的代價(jià)向系統(tǒng)補(bǔ)熱。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)對(duì)輔助熱源的要求包括以下幾點(diǎn)：一是自動(dòng)化，不需要專人管理操作；二是安全可靠、高效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；三是環(huán)保。針對(duì)于這三點(diǎn)，空氣源熱泵很好地符合了這些要求，本文將空氣源熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于以武漢為代表的中亞熱帶北緣濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)冬季低溫時(shí)間的研究。
　　2武漢當(dāng)?shù)氐乩?a href='http://m.anghan.cn/qxxx/' target='_blank' class=infotextkey>氣象資料及工程概況
　　武漢市屬于中亞熱帶北緣濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。光能資源：年平均太陽(yáng)能總輻射量為105～113kcal/cm2（均值為109kcal/cm2），年日照時(shí)間為1850～2119h。
　　處于地球的N,E，年平均自來水溫度為20℃。當(dāng)?shù)匕惭b太陽(yáng)能熱水器，每天每m3可產(chǎn)熱水90kg。武漢市某公司園區(qū)員工宿舍區(qū)用熱水人數(shù)為34400人，每人每天用熱水定額為45kg，熱水使用溫度為55℃。（每天日用熱水總量為1548t/d）武漢地區(qū)全年晴天天約為250d（即太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的有效利用天數(shù)在250d左右），剩余的115d里（其中有約55d需完全靠熱泵進(jìn)行加熱，60d中太陽(yáng)能與熱泵加熱約各占1/2）。在晴天里完全可由太陽(yáng)能集熱器提供熱水,每天要供34400人使用熱水共1548t（即1548000kg/d），熱水使用溫度55℃。則需配備太陽(yáng)能集熱器面積為：
　　3太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)產(chǎn)熱量計(jì)算及常用幾種輔助加熱設(shè)備產(chǎn)熱計(jì)算
　　3.1按照設(shè)計(jì)方案，設(shè)水溫為20℃，使用熱水水溫55℃，17200m2的集熱面積在普通晴天里，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)每天可產(chǎn)熱水17200（m2）×90（㎏/m2）=1548000（㎏）
　　3.2采用太陽(yáng)能+熱泵中央熱水系統(tǒng)
　　冬春季陰雨天水溫不夠高，設(shè)計(jì)空氣源熱泵輔助加熱系統(tǒng)，可以根據(jù)用水量和用水溫度，若完全采用熱泵輔助加熱裝置加熱，生產(chǎn)1548000kg的55℃熱水，日需耗電量為(電發(fā)熱值為860大卡/度，空氣源熱泵年平均能效比為4.35)：
　　
　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，須要輔助加熱的115d中大約有55d陰雨天要以空氣源熱泵加熱為主，60天要短時(shí)間熱泵加熱輔助(每天的1/2)。
　　55(d)×14483(kwh/d)＝796565(kwh)（1）
　　60(d)×14483(kwh/d)×1/2＝434490(kwh)（2）
　　結(jié)合（1）和（2），全年耗電量為：796565(kwh)+434490(kwh)＝1231055(kwh)
　　3.3采用燃?xì)鉅t輔助加熱運(yùn)行分析
　　3.3.1、采用燃?xì)鉅t輔助加熱運(yùn)行分析
　　采用燃?xì)鉅t加熱,每天生產(chǎn)1548000kg的55℃熱水,則每天耗氣量為(管道煤氣燃燒值為3800大卡/m3燃?xì)鉅t的熱效率為90%)：
　　[1548000(㎏)×(55-20)℃]÷[3800(大卡/m3)×90%]≈15842（m3/d)
　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，須要輔助加熱的115d中大約有55d陰雨天要以燃?xì)鉅t加熱為主,60d要短時(shí)間燃?xì)鉅t加熱輔助(每天的1/2),則全年采用燃?xì)鉅t輔助加熱需耗氣量為：
　　55(d)×15842(m3/d)=871310(m3)（3）
　　60(d)×15842(m3/d)×1/2=475260(m3)（4）
　　結(jié)合（3）和（4），每年需要耗氣量為:871310+475260=1346570m3
　　3.4采用燃油爐輔助加熱運(yùn)行分析
　　3.4.1、采用燃油爐輔助加熱運(yùn)行分析
　　采用燃油爐系統(tǒng)輔助加熱,每天生產(chǎn)1548000kg55℃的熱水,則每天耗油量為(柴油發(fā)熱值為10200大卡/㎏；燃油爐的熱效率為80%):
　　[1548000(㎏)×(55-20)℃]÷[10200(kcal/㎏)×80%]≈6640(㎏/d)≈7821(l/d)
　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，須要輔助加熱的115d中大約有55d陰雨天要以燃油爐加熱為主,60d要短時(shí)間燃油爐加熱輔助(每天的1/2)。
　　則全年采用燃油爐輔助加熱需耗油量為：
　　55(d)×7821(l/d)=430155(5)
　　60(d)×7821(l/d)×1/2=234630(6)
　　結(jié)合（5）和（6），每年需要耗油量為430155+234630=664785
　　3.5采用純電加熱
　　若完全采用純電鍋爐加熱，把年平均20℃的自來水加熱至55℃，滿足1548000㎏熱水的需要，日需耗電量為(電發(fā)熱值為860大卡/度,電鍋爐熱效率為95%)：
　　
　　則采用純電鍋爐進(jìn)行加熱，每年需要耗電：
　　4常用幾種輔助熱源方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析
　　方案一：采用太陽(yáng)能+熱泵熱水系統(tǒng)年耗電所需費(fèi)用為(電費(fèi)按0.64元/度計(jì))
　　1231055(kwh)×0.64（元/kwh）＝787875(元/年)
　　方案二：采用太陽(yáng)能+燃?xì)鉅t加熱，全年需耗氣所需費(fèi)用為(管道煤氣單價(jià)為3.28元/m3的計(jì)算)
　　1346570(m3/年）×3.28元/m3≈4416750(元/年)
　　方案三：采用太陽(yáng)能+燃油爐加熱，全年需耗油所需費(fèi)用為(柴油單價(jià)為6元/l的值計(jì)算)
　　664785(l/年）×6元/m3≈3988710(元/年)
　　方案四：采用太陽(yáng)能+電鍋爐進(jìn)行加熱，每年需要電費(fèi)為(電費(fèi)按0.64元/度計(jì))
　　
　　通過以上各輔助熱源方案費(fèi)用計(jì)算與太陽(yáng)能組合得出以下結(jié)論，如表1，不難看出使用太陽(yáng)能+熱泵中央熱水系統(tǒng)是最經(jīng)濟(jì)與可行。
　　 太陽(yáng)能+熱泵熱水系統(tǒng) 太陽(yáng)能+燃?xì)鉅t熱水系統(tǒng) 太陽(yáng)能+燃油爐
　　熱水系統(tǒng) 純電加熱熱水系統(tǒng)
　　年運(yùn)行費(fèi)用（元） 787875.00 4416750.00 3988710.00 15491418.00
　　
　　表1年運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比分析一覽表
　　5系統(tǒng)環(huán)保性測(cè)算分析
　　采用太陽(yáng)能+熱泵中央熱水系統(tǒng)每年可減排約10526.3226噸，分析如下：如果將1噸20℃的水加熱至55℃，則需吸收熱量
　　
　　其中，C：水的比熱，；m：質(zhì)量，kg；：溫差，
　　純碳的發(fā)熱值（指在完全燃燒的情況下）
　　則將1t15水加熱至55需耗純碳
　　其中m：純碳的質(zhì)量；kg：同上；：煤炭爐的熱效率，取值為85%
　　從化學(xué)角度上分析：1mol純碳在完全燃燒的情況下可產(chǎn)生1mol，則5.8kg純碳在完全燃燒的情況下可產(chǎn)生kg
　　
　　其中，：碳質(zhì)量，kg；：碳的摩爾質(zhì)量，g/mol；：的摩爾質(zhì)量，g/mol
　　所以每天將1548t水從20加熱到55可減排：
　　則每年可減排：28839.24kg×365d=10526322.6kg≈10526.3226t
　　通過以上計(jì)算分析足見太陽(yáng)能+熱泵中央熱水系統(tǒng)大大的減少了溫室氣體的排放，環(huán)保效益明顯。
　　6結(jié)論
　　6.1根據(jù)以上能耗分析和環(huán)保分析，說明安裝太陽(yáng)能+熱泵中央熱水系統(tǒng)是最佳的選擇。既解決了人們擔(dān)心的問題，保證了正常供應(yīng)熱水及熱水質(zhì)量，還可以大量地節(jié)約資源，不但降低運(yùn)行費(fèi)用成本，減少溫室氣體排放，達(dá)到真正高效節(jié)能、安全環(huán)保，又響應(yīng)了國(guó)家現(xiàn)階段提倡的節(jié)能減排，特別是減少排放CO2溫室氣體，綠色消費(fèi)的要求，同時(shí)也符合了大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求。
　　6.2太陽(yáng)能+熱泵中央熱水系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，如果當(dāng)?shù)赜泄葍r(jià)電的優(yōu)惠，則環(huán)保節(jié)能將更加明顯。