太阳能空气源耦合热水系统的节能减排分析

郑军龙

摘 要：介绍了太阳能空气源耦合热水系统，以广西环境保护科学研究院危旧房改住房建设为例，对采用太阳能配备空气源热泵的热水系统进行节能效益分析。结果表明，太阳能空气源耦合热水系统节能减排效果显著，对我国走低碳经济之路有重要的参考价意义。

关键词：太阳能 空气源热泵 节能减排

中图分类号：TU822.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0043-02

广西属于属南亚热带季风气候，气候温和，平均年日照时数1600 h，平均每年太阳能辐照量约为4578MJ/m2，太阳能资源十分丰富，利用太阳能潜力巨大。但太阳能对天气要求较高，阴雨天等太阳辐射情况不好时无法使用。因此，太阳能-空气源热泵复合能源系统弥补了太阳能辐射受天气气候的影响较大的缺点，有太阳能辐照的天气优先采用太阳能，太阳能辐照不足时采用空气源热泵作为辅助热源，从而实现全天候制取生活热水，节能减排效果显著。

1 项目的概况

广西环境保护科学研究院两栋危旧房改住房住宅楼，实施太阳能空气源耦合热水系统，共260户910人，实施可再生能源应用的建筑面积合计35208.9 m2。设定每天人均热水定额为80L，使用时间为24 h，最大用热水季节每天用热水总量为74 m3。本热水工程项目总计安装了3250支太阳能真空集热管，总计配备空气源热泵80匹，节能效果极为显著。

2 热水系统节能减排的计算分析

2.1 热水系统的原理

生活热水的系统由太阳能集热器、空气源热泵、保温水箱等组成，详细系统图见图1。

2.2 热效率的计算

2.2.1 太阳能集热系统热效率

太阳能集热系统的热效率计算方法，以配备有循环水泵的集中式太阳能集热系统为例，通常太阳能集热系统在太阳辐照下热水从初始温度加热到设定温度，太阳能集热系统只有循环水泵消耗少量电能，其它任何设备都不消耗电能，以本系统为例配备的循环水泵额定输入功率为0.265 KW，循环1000 kg已经温升35 ℃的水所需要时间为0.128 h，耗电为0.034°。因此得出配备有循环水泵的集中式太阳能集热系统实际热值为：

35000/0.034=1029411.76千卡/度；

综合热效率为：

1029411.76/860=119699%

2.2.2 电热水器热效率

电热水器热效率为95%，即能效比为0.95。

2.2.3 空气源热泵热效率

赛特奥5匹空气源热泵热水机组的额定制热量为18 KW，输入功率为4.8 KW，赛特奥5匹空气源热泵热水机组配备的循环水泵功率为0.1.37 KW，那么该空气源热泵热水机组的综合热效率为：

18/（4.8+0.137）=3.646

2.3 节能量计算

2.3.1 热水热量计算的统一条件设定

南宁位于北回归线以南，地理坐标东经108°22′，北纬22°48′，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最热的7、8月平均28.2℃。年均降雨量达1304.2 mm，平均相对湿度为79%。这里一年四季都非常适合旅游观光。亚热带季风气候。

根据南宁市气候特点，生活热水需求量按照夏季、冬季和过渡季节划分。夏季为5至9月，共计153 d，热水需求系数取0.6；冬季为1、2、12月，共计90 d，热水需求系数取1；过渡季为3、4、10、11月，共计122 d，热水需求系数取0.8。

2.3.2 全年制热需求及普通电热水器能耗的计算

用户最大日用热水总量：74 t

水的温差公式：水的温差（℃）=水目标水温-水初始水温

热水需求量公式：

热水需求总量（t）=日用最大热水总量×热水需求系数×供应天数

热水需求制热量公式：

2.3.3 太阳能集热系统年节能量的计算：

1千卡=4.182千焦尔；

1KW·h=3600千焦尔；

每一支￠58*1800太阳能真空集热管的集热面积为0.1044，每模块50支管集热面积为5.22平方米；

太阳能真空集热管集热效率为92%；

太阳能集热系统管路和水箱的热损失率，据许多实例检测经验，取20%；

太阳能集热系统的集热量计算公式：

2.3.4 空气源热泵年节能量的计算：

由“全年热量需要及电热水器能耗表”可得到，整个小区全年生活热水用热需要总量为76.2458万（kW·h），其中有29.6767万（kW·h）的热量由太阳能集热模块所提供。余下部分计算如下：

综上所述，整个小区空气源热泵与太阳能光热耦合热水系统全年运行耗电量为：

127726（kW·h）+247.9（kW·h）=12.7974万（kW·h）

由“全年热量需要及电热水器能耗表”可得到，整个小区如果用电热水器来制取生活热水，全年运行耗电量为：80.2587万（kW·h）。

空气源热泵与太阳能光热耦合热水系统，相比使用电热水器生产日常生活所需热水，每年节省电量约：

80.2587-12.7974=67.4613万（kW·h）

2.3.5 节能减排的计算

以1度电折合0.31kg标准煤

1 kg标准煤产生2.493kgCO2

1 kg标准煤产生0.075kgSO2

1 kg标准煤产生0.0375N0x

1 kWh电能价格按当地阶梯电价后均价约0.80元/kWh计算

热水系统相对于传统电热水器年节能减排表

综合上述计算，广西环科院危旧房改住房改造建设项目采用太阳能空气源耦合热水系统来制备生活热水，相比各户使用电热水器生产日常生活所需热水，每年总共节约电能约67.461万kWh，折合成标煤约209.130 t（按标煤与电能换算指标0.31 kg/kW·h计），减少二氧化碳排放量521.361 t，减少二氧化硫排放量15.685吨，减少氮氧化物排放量7.842 t。每年可节约电费53.969万元（计阶梯电价后均价约0.80元/kWh）。

3 结语

在能源危机压力下，国家大力提昌开发利用可再生清洁能源。在生活热水的使用上，采用太阳能与空气源耦合热水系统节能减排效果是相当的显著，也给人们的生活带来了极大的方便。太阳能与空气源耦合热水系统逐渐成为可再生能源开发利用中最引人注目的、应用最为广泛的新能源技术系统。

参考文献

[1] 张虎.太阳能热利用技术在我国建筑节能中的应用探讨[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint

摘 要：介绍了太阳能空气源耦合热水系统，以广西环境保护科学研究院危旧房改住房建设为例，对采用太阳能配备空气源热泵的热水系统进行节能效益分析。结果表明，太阳能空气源耦合热水系统节能减排效果显著，对我国走低碳经济之路有重要的参考价意义。

关键词：太阳能 空气源热泵 节能减排

中图分类号：TU822.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0043-02

广西属于属南亚热带季风气候，气候温和，平均年日照时数1600 h，平均每年太阳能辐照量约为4578MJ/m2，太阳能资源十分丰富，利用太阳能潜力巨大。但太阳能对天气要求较高，阴雨天等太阳辐射情况不好时无法使用。因此，太阳能-空气源热泵复合能源系统弥补了太阳能辐射受天气气候的影响较大的缺点，有太阳能辐照的天气优先采用太阳能，太阳能辐照不足时采用空气源热泵作为辅助热源，从而实现全天候制取生活热水，节能减排效果显著。

1 项目的概况

广西环境保护科学研究院两栋危旧房改住房住宅楼，实施太阳能空气源耦合热水系统，共260户910人，实施可再生能源应用的建筑面积合计35208.9 m2。设定每天人均热水定额为80L，使用时间为24 h，最大用热水季节每天用热水总量为74 m3。本热水工程项目总计安装了3250支太阳能真空集热管，总计配备空气源热泵80匹，节能效果极为显著。

2 热水系统节能减排的计算分析

2.1 热水系统的原理

生活热水的系统由太阳能集热器、空气源热泵、保温水箱等组成，详细系统图见图1。

2.2 热效率的计算

2.2.1 太阳能集热系统热效率

太阳能集热系统的热效率计算方法，以配备有循环水泵的集中式太阳能集热系统为例，通常太阳能集热系统在太阳辐照下热水从初始温度加热到设定温度，太阳能集热系统只有循环水泵消耗少量电能，其它任何设备都不消耗电能，以本系统为例配备的循环水泵额定输入功率为0.265 KW，循环1000 kg已经温升35 ℃的水所需要时间为0.128 h，耗电为0.034°。因此得出配备有循环水泵的集中式太阳能集热系统实际热值为：

35000/0.034=1029411.76千卡/度；

综合热效率为：

1029411.76/860=119699%

2.2.2 电热水器热效率

电热水器热效率为95%，即能效比为0.95。

2.2.3 空气源热泵热效率

赛特奥5匹空气源热泵热水机组的额定制热量为18 KW，输入功率为4.8 KW，赛特奥5匹空气源热泵热水机组配备的循环水泵功率为0.1.37 KW，那么该空气源热泵热水机组的综合热效率为：

18/（4.8+0.137）=3.646

2.3 节能量计算

2.3.1 热水热量计算的统一条件设定

南宁位于北回归线以南，地理坐标东经108°22′，北纬22°48′，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最热的7、8月平均28.2℃。年均降雨量达1304.2 mm，平均相对湿度为79%。这里一年四季都非常适合旅游观光。亚热带季风气候。

根据南宁市气候特点，生活热水需求量按照夏季、冬季和过渡季节划分。夏季为5至9月，共计153 d，热水需求系数取0.6；冬季为1、2、12月，共计90 d，热水需求系数取1；过渡季为3、4、10、11月，共计122 d，热水需求系数取0.8。

2.3.2 全年制热需求及普通电热水器能耗的计算

用户最大日用热水总量：74 t

水的温差公式：水的温差（℃）=水目标水温-水初始水温

热水需求量公式：

热水需求总量（t）=日用最大热水总量×热水需求系数×供应天数

热水需求制热量公式：

2.3.3 太阳能集热系统年节能量的计算：

1千卡=4.182千焦尔；

1KW·h=3600千焦尔；

每一支￠58*1800太阳能真空集热管的集热面积为0.1044，每模块50支管集热面积为5.22平方米；

太阳能真空集热管集热效率为92%；

太阳能集热系统管路和水箱的热损失率，据许多实例检测经验，取20%；

太阳能集热系统的集热量计算公式：

2.3.4 空气源热泵年节能量的计算：

由“全年热量需要及电热水器能耗表”可得到，整个小区全年生活热水用热需要总量为76.2458万（kW·h），其中有29.6767万（kW·h）的热量由太阳能集热模块所提供。余下部分计算如下：

综上所述，整个小区空气源热泵与太阳能光热耦合热水系统全年运行耗电量为：

127726（kW·h）+247.9（kW·h）=12.7974万（kW·h）

由“全年热量需要及电热水器能耗表”可得到，整个小区如果用电热水器来制取生活热水，全年运行耗电量为：80.2587万（kW·h）。

空气源热泵与太阳能光热耦合热水系统，相比使用电热水器生产日常生活所需热水，每年节省电量约：

80.2587-12.7974=67.4613万（kW·h）

2.3.5 节能减排的计算

以1度电折合0.31kg标准煤

1 kg标准煤产生2.493kgCO2

1 kg标准煤产生0.075kgSO2

1 kg标准煤产生0.0375N0x

1 kWh电能价格按当地阶梯电价后均价约0.80元/kWh计算

热水系统相对于传统电热水器年节能减排表

综合上述计算，广西环科院危旧房改住房改造建设项目采用太阳能空气源耦合热水系统来制备生活热水，相比各户使用电热水器生产日常生活所需热水，每年总共节约电能约67.461万kWh，折合成标煤约209.130 t（按标煤与电能换算指标0.31 kg/kW·h计），减少二氧化碳排放量521.361 t，减少二氧化硫排放量15.685吨，减少氮氧化物排放量7.842 t。每年可节约电费53.969万元（计阶梯电价后均价约0.80元/kWh）。

3 结语

在能源危机压力下，国家大力提昌开发利用可再生清洁能源。在生活热水的使用上，采用太阳能与空气源耦合热水系统节能减排效果是相当的显著，也给人们的生活带来了极大的方便。太阳能与空气源耦合热水系统逐渐成为可再生能源开发利用中最引人注目的、应用最为广泛的新能源技术系统。

参考文献

[1] 张虎.太阳能热利用技术在我国建筑节能中的应用探讨[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint

摘 要：介绍了太阳能空气源耦合热水系统，以广西环境保护科学研究院危旧房改住房建设为例，对采用太阳能配备空气源热泵的热水系统进行节能效益分析。结果表明，太阳能空气源耦合热水系统节能减排效果显著，对我国走低碳经济之路有重要的参考价意义。

关键词：太阳能 空气源热泵 节能减排

中图分类号：TU822.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0043-02

广西属于属南亚热带季风气候，气候温和，平均年日照时数1600 h，平均每年太阳能辐照量约为4578MJ/m2，太阳能资源十分丰富，利用太阳能潜力巨大。但太阳能对天气要求较高，阴雨天等太阳辐射情况不好时无法使用。因此，太阳能-空气源热泵复合能源系统弥补了太阳能辐射受天气气候的影响较大的缺点，有太阳能辐照的天气优先采用太阳能，太阳能辐照不足时采用空气源热泵作为辅助热源，从而实现全天候制取生活热水，节能减排效果显著。

1 项目的概况

广西环境保护科学研究院两栋危旧房改住房住宅楼，实施太阳能空气源耦合热水系统，共260户910人，实施可再生能源应用的建筑面积合计35208.9 m2。设定每天人均热水定额为80L，使用时间为24 h，最大用热水季节每天用热水总量为74 m3。本热水工程项目总计安装了3250支太阳能真空集热管，总计配备空气源热泵80匹，节能效果极为显著。

2 热水系统节能减排的计算分析

2.1 热水系统的原理

生活热水的系统由太阳能集热器、空气源热泵、保温水箱等组成，详细系统图见图1。

2.2 热效率的计算

2.2.1 太阳能集热系统热效率

太阳能集热系统的热效率计算方法，以配备有循环水泵的集中式太阳能集热系统为例，通常太阳能集热系统在太阳辐照下热水从初始温度加热到设定温度，太阳能集热系统只有循环水泵消耗少量电能，其它任何设备都不消耗电能，以本系统为例配备的循环水泵额定输入功率为0.265 KW，循环1000 kg已经温升35 ℃的水所需要时间为0.128 h，耗电为0.034°。因此得出配备有循环水泵的集中式太阳能集热系统实际热值为：

35000/0.034=1029411.76千卡/度；

综合热效率为：

1029411.76/860=119699%

2.2.2 电热水器热效率

电热水器热效率为95%，即能效比为0.95。

2.2.3 空气源热泵热效率

赛特奥5匹空气源热泵热水机组的额定制热量为18 KW，输入功率为4.8 KW，赛特奥5匹空气源热泵热水机组配备的循环水泵功率为0.1.37 KW，那么该空气源热泵热水机组的综合热效率为：

18/（4.8+0.137）=3.646

2.3 节能量计算

2.3.1 热水热量计算的统一条件设定

南宁位于北回归线以南，地理坐标东经108°22′，北纬22°48′，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最热的7、8月平均28.2℃。年均降雨量达1304.2 mm，平均相对湿度为79%。这里一年四季都非常适合旅游观光。亚热带季风气候。

根据南宁市气候特点，生活热水需求量按照夏季、冬季和过渡季节划分。夏季为5至9月，共计153 d，热水需求系数取0.6；冬季为1、2、12月，共计90 d，热水需求系数取1；过渡季为3、4、10、11月，共计122 d，热水需求系数取0.8。

2.3.2 全年制热需求及普通电热水器能耗的计算

用户最大日用热水总量：74 t

水的温差公式：水的温差（℃）=水目标水温-水初始水温

热水需求量公式：

热水需求总量（t）=日用最大热水总量×热水需求系数×供应天数

热水需求制热量公式：

2.3.3 太阳能集热系统年节能量的计算：

1千卡=4.182千焦尔；

1KW·h=3600千焦尔；

每一支￠58*1800太阳能真空集热管的集热面积为0.1044，每模块50支管集热面积为5.22平方米；

太阳能真空集热管集热效率为92%；

太阳能集热系统管路和水箱的热损失率，据许多实例检测经验，取20%；

太阳能集热系统的集热量计算公式：

2.3.4 空气源热泵年节能量的计算：

由“全年热量需要及电热水器能耗表”可得到，整个小区全年生活热水用热需要总量为76.2458万（kW·h），其中有29.6767万（kW·h）的热量由太阳能集热模块所提供。余下部分计算如下：

综上所述，整个小区空气源热泵与太阳能光热耦合热水系统全年运行耗电量为：

127726（kW·h）+247.9（kW·h）=12.7974万（kW·h）

由“全年热量需要及电热水器能耗表”可得到，整个小区如果用电热水器来制取生活热水，全年运行耗电量为：80.2587万（kW·h）。

空气源热泵与太阳能光热耦合热水系统，相比使用电热水器生产日常生活所需热水，每年节省电量约：

80.2587-12.7974=67.4613万（kW·h）

2.3.5 节能减排的计算

以1度电折合0.31kg标准煤

1 kg标准煤产生2.493kgCO2

1 kg标准煤产生0.075kgSO2

1 kg标准煤产生0.0375N0x

1 kWh电能价格按当地阶梯电价后均价约0.80元/kWh计算

热水系统相对于传统电热水器年节能减排表

综合上述计算，广西环科院危旧房改住房改造建设项目采用太阳能空气源耦合热水系统来制备生活热水，相比各户使用电热水器生产日常生活所需热水，每年总共节约电能约67.461万kWh，折合成标煤约209.130 t（按标煤与电能换算指标0.31 kg/kW·h计），减少二氧化碳排放量521.361 t，减少二氧化硫排放量15.685吨，减少氮氧化物排放量7.842 t。每年可节约电费53.969万元（计阶梯电价后均价约0.80元/kWh）。

3 结语

在能源危机压力下，国家大力提昌开发利用可再生清洁能源。在生活热水的使用上，采用太阳能与空气源耦合热水系统节能减排效果是相当的显著，也给人们的生活带来了极大的方便。太阳能与空气源耦合热水系统逐渐成为可再生能源开发利用中最引人注目的、应用最为广泛的新能源技术系统。

参考文献

[1] 张虎.太阳能热利用技术在我国建筑节能中的应用探讨[J].住宅科技，2004（10）：32-35.endprint