太阳能+燃气双驱型热泵热水系统在高校的应用研究

陈树文

（湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭 411101）

前言

节约能源、优化能源结构是保护环境、构成生态文明的重要一环，需要全社会的人来共同参与和付出努力。调查发现，目前我国校园能耗占社会总能耗的8%[1]，生活热水的耗能占高校能耗的22%[2]。同时，全国大学生人均能耗、水耗分别是全国居民人均能耗的4倍和2倍，可见高校建筑能耗存在较大的节能潜力。

1 工作原理介绍

太阳能+燃气双驱型热泵为氨-水吸收式热泵机组，通过表面式换热器从空气中提取低品位热能，实现1.8倍的高效制热功能，是一种高效的节能型能源综合利用系统。该机组通过热能（太阳能或燃气产生的热能）驱动水对氨的释放与吸收，产生氨的相态变化，从而产生吸热和放热过程。在该热泵机组制热过程中，太阳能或燃气燃烧在发生器中输入热量Q1，而后通过吸收器后水冷换热器释放热量Q3；同时，制冷剂吸收发生器中燃气产生的热量后在冷凝器中释放热量Q2，并在蒸发器中吸收热量Q4；由此，整个系统热量输入为Q1+Q4，热量输出为Q2+Q3，系统能效比COP=（Q2+Q3）/Q1。

2 应用实例介绍

2.1 工程概况

某高校位于湖南省长沙市。本项目包括1#～8#公寓，住宿总人数为15 720人，供应热水的水温为55～60 ℃。根据《建筑给水排水设计规范》，宿舍内设有卫生间时，其日平均生活热水量用量为40～55 L/人，按40 L/人计算，则总生活用水量为628.8吨/天。

2.2 系统方案优选

目前采用的生活热水供应设备主要包括电热锅炉、空气源热泵热水器、太阳能热水器、燃气热泵等。这些设备及系统的主要性能见表1。

从上表可以发现，由于太阳能热水器利用免费太阳辐射热制取生活热水，节能效益为最佳，燃气热泵次之。但考虑长沙地区累计全年的太阳总辐射量[5]为3 902.5 MJ/m2，属于太阳辐射热较差地区，为确保制热效果，考虑将太阳能+燃气相结合，既可充分利用太阳能，又可节约辅助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。

2.3 系统设备配置

由于太阳能集热器的造价较高，为降低总造价，该系统考虑采用配置部分太阳能+燃气双驱型热泵承担部分热水负荷，同时配置部分燃气热泵承担剩余负荷。

该项目1#-8#公寓所需的生活热水量基本一致，且在每一栋楼都单独配置生活热水系统。如下以2#栋为例说明。该栋的生活热水量为78.6吨/天，其设备需配置240 m2太阳能槽式集热器，1个72 m3保温水箱，4台额定制热量45 kW的双能源热泵，3 台额定制热量45 kW的燃气热泵以及相应热源侧循环水泵、热水供水水泵等。

2.4 经济性分析

该热水供应系统按每年运行270天、每天运行16小时，电价按照0.6元/Kwh、天然气按照2.65元/m3计算。对比采用电热水器或空气源热泵热水器的运行费用见表2。

表2 2#栋热水供应系统采用其他能源时运行费用一览表

对比发现，采用太阳能+燃气双驱型热泵系统之运行费用为电热水器热水系统之15.3%，空气源热泵系统之58.6%。其节能效益是可观的。

2.5 环境效益分析

按前设备配置，2#栋配置集热器面积为240 m2，按全年运行270天计算，则其太阳能热水系统年节能量[5]：

式中:Ac为太阳能集热器面积，m2；

JT为太阳能集热器采光表面太阳辐射量，MJ/m2，长沙地区为10.55 MJ/（m2·d）[5]；

ηcd为太阳能集热器集热效率，取65%；

ηL为管路及贮水箱热损失，常规取值0.15。

按该学校8栋宿舍楼计算，则总年节能量为300441MJ。

太阳能热水系统二氧化碳减排量计算：

式中：W为标准煤热值，29 308 kJ/kg。

由此可见，该高校采用太阳能+燃气双驱型热泵的生活热水供应系统每年可以减少23 167 kg二氧化碳的排放，每平方米太阳能集热面积每年可减少12 kg二氧化碳排放。

3 结论

本文通过对太阳能+燃气双驱型热泵热水技术在高校生活热水的供应进行研究、对比分析、总结得出以下几点结论:

（1）高校采用太阳能+双能源燃气热泵热水系统，其运行费用为电热水器热水系统之15.3%，空气源热泵系统之58.6%。其节能效益非常可观。

（2）传统能源燃烧后会产生二氧化碳等导致空气污染，太阳能作为清洁能源，每平方米太阳能集热面积每年可减少12 kg二氧化碳排放。

可见，使用太阳能+燃气双驱型热泵为高校提供生活热水是一种有效的节能排放措施，具有一定的借鉴意义。