复合冷凝热回收式太阳能热水系统的经济性和节能性分析

崔辉然满虹刘洋

（1.天津新实能源科技有限公司，天津 300384；2.天津城建大学，天津 300384）

复合冷凝热回收式太阳能热水系统的经济性和节能性分析

崔辉然1满虹1刘洋2

（1.天津新实能源科技有限公司，天津 300384；2.天津城建大学，天津 300384）

本文介绍了热回收的意义并阐述了复合冷凝热回收式太阳能供热水系统的运行原理。然后以三亚市某五星酒店太阳能-冷凝热回收供热水系统运行模式为例，分析太阳能-冷凝热回收供热水系统的经济性和节能性，并与其他系统的经济性进行比较，对太阳能-冷凝热回收系统供热水系统的经济性和节能性进行了评价。

太阳能；冷凝热回收；投资回收期；经济性

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，同时，能源短缺也是世界各国共同面临的难题。能源总量供不应求，供需差距越来越大，供需矛盾日益突出，能源利用效率低，污染和浪费现象严重等一系列问题，严重困扰着我国能源产业的发展。因此，如何提高能源的利用率已经成为我国的一大热点问题。

能源费用约占酒店全年营业总收入的20%，其最大的耗能是为客人提供热水和空调所消耗的能量[1]。中央空调冷水机组在运行时排出大量冷凝热，为制冷量的1.18～1.3倍。通常情况下，冷凝热直接排入大气，造成能量的巨大浪费，加剧了室外大气的热污染和城市的“热岛效应”[2]。如果对冷凝热进行回收，一方面可减轻大气环境污染，改善生态环境；另一方面，对于水冷冷水机组而言，可减少冷却塔的散热量，节省系统冷却塔风机的耗电量，且回收的冷凝热能够用于制取生活热水。

夏季太阳辐射大大增加了酒店中央空调的负荷，中央空调往往会因为工况太恶劣而出现故障。若能够利用太阳能制取热水，既减少了酒店的日射负荷，又能以清洁的方式制取热水[3]。

1 系统原理

选取的酒店采用了三台中央空调冷水机组。其中一台为双冷凝冷水机组，双冷凝冷水机组有两个冷凝器，其中一个是标准冷凝器，用于连接冷却塔；另一个是热回收冷凝器，专门与供热水系统相连，因机组直接散热给热水，又称为直接式热回收系统。冷却水的热量先通过热回收机组进行冷却，剩余的废热由冷却塔排放到大气中。补水箱的水经冷凝热加热至40℃，其余的热量经冷却塔排放，水在补水箱经太阳能集热器加热到65℃后，进入供热水箱；当太阳能受季节、天气和昼夜的影响，无法满足供热温度时，采用燃气锅炉进行辅助加热。该方案能最大限度地利用太阳能，尽可能地回收冷水机组的冷凝热，减少废热的排放，减少冷却塔的运行费用，从而降低酒店的运行成本。系统运行原理如图1所示。

图1 太阳能-冷凝热回收供热水系统

在该系统中，补水箱的水循环经过冷凝器，回收空调机组冷凝器向室外排放的冷凝热，进而提高补水箱的水温，补水箱通过另一管路和太阳能集热器相连，从而提高了系统的热效率，节约了投资成本的同时，也降低了运行费用。

2 太阳能与热回收制冷机组供热水系统的节能费用预评估

表1 生活热水日平均用水量

由表1可知，生活热水日平均用水量244.83m3/d，则需要提供热水的热值为：

由太阳能和热回收机组把热水加热，每天可节省生活热水热值。太阳能热水系统提供的有用能量

热回收制冷机组提供的有用热量：

2.1 简单年节能费用

简单年节能费用计算公式如下：

三亚市非居民天然气价格为3.8元/m3，

天然气的热值为35.588kJ/m3，燃气锅炉的效率为85%。 Cc：系统设计当年以燃气作为能源的热价，元/MJ ΔQS：以燃气为辅助热源时，

2.2 寿命期内系统总节省费用

寿命期内总节省费用的计算公式：式中：SAV为系统寿命期内总节省费用，元；ΔQS为系统的年节能量；PI为折现系数；

Cc为系统评估的天然气热价，元/MJ；

Ad为太阳能和热回收制冷机组供热水系统总增投资，元；

DJ为每年用于系统有关的维修费用占总投资的百分率，取10%。式中：d为市场折现率，可取银行贷款利率，2.25%；

e为燃料价格上涨率，1%；

n为系统寿命期，以太阳能集热器的寿命作为系统的寿命期，取15年。

计算得：PI=13.6SAV=9.28×106元

3 阳能与热回收制冷机组供热水系统增加投资回收期的预评估

3.1 静态投资回收期

静态投资回收期计算公式：

Yt为系统的简单投资回收期；Wz为系统增加的初投资；5×106

Wj为系统简单年节能费用。1.55×106计算得：Yt=3.23年

3.2 动态投资回收期

当系统运行n年后节省的总资金与系统的增加初投资相等，即SAV=0

则此时的总累积年份n定义为系统的动态回收期Ne。

计算得：PI=4.762Ne=5.17年

4 太阳能和热回收制冷机组供热水系统环保效益评估

将系统寿命期内的节能量折算成标准煤质量，计算公式：

式中：Qco2为系统寿命期内二氧化碳减排量；Fco2为天然气碳排放因子。

5 结论

5.1 根据系统计算，在15年的设备使用期中，使用太阳能和冷凝热回收加热生活热水的方案比使用燃气锅炉加热生活热水的方案寿命期内节省9.28×106元。

5.2 采用投资回收期的方法，计算出增加的初投资能够通过降低运行费用的途径在5.17年回收，相比于一般建设项目8年的基本投资回收期，采用太阳能-冷凝热回收方案经济性更好。

5.3 采用太阳能-冷凝热回收方案寿命期内可减少二氧化碳的排放量1.1×107kg，环境效益明显。

通过以上分析得出酒店采用太阳能-冷凝热供应生活热水方案，具有良好的经济效益、节能效益和环境效益。

［1］赵衍海，罗永浩，陆方，等.热经济学分析方法及其在冷凝水回收系统中的应用［J］.中国动力工程学报，2005，25（1）：121-124.

［2］杨晖，邹文智，吴其伟，等.北京市某星级宾馆采用热泵回收中水热量的经济性分析［J］.建筑科学，2008，24（4）：15-18.

［3］Yang Hui，Li Rui，Xuan Zhiyong，et al.Economic evalua⁃tion of cold air conditioning system［C］.Proceedings of the 4th In⁃ternational Conference on Indoor Air Quality Ventilation &EnergyConservation in Building，Changsha，China，2001.

Economical and Energy Efficiency Analysis of Compound Condensing HeatRecovery Solar Heating System

Cui Huiran1Man Hong1Liu Yang2
((1. Tianjin New Energy Science and Technology Limited Company，Tianjin 300000；2. Tianjin ChengJian University，Tianjin 300384)

The meaning of heat recovery and the operation principle of compound condensing heat recovery solarheating system were introduced in this paper. A five star hotel with this system in Sanya city was set as an exampleand the economical and energy efficiency of this system was analyzed. Its economical efficiency was compared withthat of other systems and the economical and energy efficiency of compound condensing heat recovery solar heatingsystem was evaluated.

solar energy，condensing heat recovery，payback period of investment，economical efficiency

TU831

：A

：1003-5168（2015）03-0126-3

2015-2-23

崔辉然（1957.4-），女，本科，中级，研究方向：建筑节能与可再生能源。