摘要：目前居民生活热水供应选用的家用热水器形式多样，本文依据苏州最新的水、电、气价格，分析计算不同热源的家用热水器在能耗与使用费用上的差异，追根溯源到一次能源消耗与CO2排放情况，通过对比为用户选择节能环保的家用热水器提供依据。
关键词：电热水器、天然气热水器、空气源热泵热水器、能耗、CO2排放、使用费用
Abstract: at present, the residents living hot water supply of chosen household water heater variety, according to suzhou new water, electricity, gas prices, analysis and calculation of the household water heater in different heat energy consumption and use cost differences, traced back to a energy consumption and CO2 emissions, by comparing the user choice for saving energy and environmental protection household water heater, provides the basis.
Keywords: electric water heater, gas water heater, air source heat pump water heater, energy consumption, CO2 emissions, use cost
中图分类号： TM925.32 文献标识码：A 文章编号：
随着居民生活水平的提高，家庭生活热水供应已不可或缺，但具体选用什么形式的家用热水器，才能更加环保节能、经济实惠，大家都比较盲目，缺乏明确的依据与导向，本文从专业的角度出发，分析各种家用热水器用户端的能耗与使用费用，折合成一次能源的消耗与二氧化碳的排放，在倡导绿色环保、节能减排的今天，起个抛砖引玉的作用，与同行一起探讨。
热水器的可比能效应该用一次能源的热转换效率来评价，用ηp表示，(天然气、电)热水器能效应等于其热水器的热效率ηe(或热电性能系数COP)与一次能源转换成二次能源(天然气、电)的效率ηs的乘积
即:ηp=ηe×ηs或ηp=COP×ηs
用户端1m3自来水由12℃加热到60℃需要的热量：
Q=CpGΔt=4.186×1000×(60-12)=200928kJ=0.201GJ=55.8kW·h;
依据GB50015-2003《建筑给排水设计规范》表5.1.1-1、5.1.1-2，60℃最高日用水量热水40～100L/人·日;一次淋浴40℃混合热水需要用水量：70～100L;折合成60℃热水约50L。用户淋浴一次的耗热量：Q1= CpGΔt=4.186×50×(60-12)=10046.4kJ=2.79kW·h。
1.电热水器供热水
按照GB21519-2008《 储水式电热水器能效限定值及能效等级》规定，电热水器的能效等级分为五级，其等级高低是根据24小时固有能耗系数和热水输出率来定的，1 级能效最高。24 小时固有能耗系数，是指将热水器充满水通电工作，达到稳定状态后，在24小时内不排水的能效损耗与热水器 24 小时固有能耗基准值之间的比率。所谓热水输出率，是指额定条件下的实际热水输出量同额定容量的比率;热水输出率高意味着热水器持续出热水的性能高。
目前，很多企业的产品都达到了 1 级或 2 级能效，取电热水器2级能效，实际效率60%计算
居民用电价格：高峰电：0.5583元/ kW·h;低谷电：0.3583元/ kW·h;居民用自来水价格：3.1元/m3(包含垃圾清扫费)。
1.1用户端的能耗与使用费用
考虑电热水器的使用效率后，1m3自来水由12℃加热到60℃用户耗电量与费用：P=55.8kWh/0.60=93kW·h;
F=电费(峰电)+自来水费=93×0.5583+3.1=55.02元/m3;
F=电费(谷电)+自来水费=93×0.3583+3.1=36.42元/m3
用户淋浴一次的实际耗电量：P=2.79kW·h/0.60=4.65kW·h;
用户淋浴一次的直接费用：
F(峰电)=电费+自来水费=4.65×0.5583+3.1×50/1000=2.755元
F(谷电)=电费+自来水费=4.65×0.3583+3.1×50/1000=1.83元
1.2折合成一次能源能耗、CO2排放
当前一次能源的发电效率很低，火电电厂的平均发电效率约为35%，扣除电厂用电和传输损耗，到用户约为25%。电热水器一次能源的热转换效率：ηp=ηe×ηs=60%×25%=15%
1m3自来水由12℃加热到60℃电厂耗能和耗煤：
P0=93 kW·h/0.25=372 kW·h;折合标准煤：45.70kg，CO2排放量183.2kg。
淋浴一次的耗热量：P=4.65kW·h/0.25=18.60kW·h;
折合标准煤：18.60 kW·h /8.14=2.28kg，CO2排放量：5.68kg。
(1公斤标准煤的发热量为8.14千瓦时.1公斤标准煤CO2排放量:2.493公斤)
2.燃气热水器供热水
GB20665-2006《家用燃气热水器国家能效标准》对燃气热水器实施能效等级划分，按产品的最低热效率值，将产品分为3个等级。3级为能效限定值，即产品的热效率不低于84%，这是企业的入市门槛;2级即节能评价等级，凡热效率不低于88%的产品均可贴节能标识;1级为能效等级，即产品热效率不低于96%。这里，取家用燃气热水器效率88%计算。
苏州使用的是西气东输天然气，取自新疆塔里木气田产天然气，其发热值为：Q=8700kcal/m3 =36418.2kJ/m3=10.12kW·h/m3。天然气的价格：2.2元/立方米;
2.1用户端、一次能源的能耗与使用费用
考虑热水器的使用效率后，1m3自来水由12℃加热到60℃用户使用燃气热水器的耗气量与费用：
P=200928kJ/(0.88×36418.2kJ/m3)=6.27 m3;
折合标准煤：(200928/36418.2)×10.12 /(0.88×8.14)=7.795kg。
F=天然气费用+自来水费=6.27×2.2+3.1=16.89元/m3
淋浴一次的耗能、耗气量：
Q=10046.4kJ /0.88=11416.4kJ=3.17 kW·h;
P= 10046.4kJ/(0.88×36418.2kJ/m3)=0.313 m3;
F=燃气费用+自来水费=0.313×2.2+3.1×50/1000=0.8436元
折合标准煤：(10046.4/36418.2)×10.12/0.88×8.14=0.39kg，燃气的CO2排放量0.97kg/m3。
(1公斤标准煤的发热量为8.14千瓦时.1公斤标准煤CO2排放量:2.493公斤)
必须强调的是：燃气热水器使用清洁燃料天然气的综合能效极高，其用户端的能耗也是一次能源的能耗。
3.空气源热泵热水器供热水·
空气源热泵热水器是利用逆卡诺原理，即借助一小部分电力，推动压缩机对工质做功，让它在蒸发器中吸收周围空气中的热能，再经冷凝器释放后加热热水。一般整体型家用热泵热水器的COP(热电性能系数，即取得的热能与所耗的电力的比值)年均在300～350%，具有很高的能效，它对存在于空气中的可再生、低品质能源的利用率达60%—80%，是一种高效节能的供热水产品。热泵热水器采用水电分离技术，安全系数相当高，而且热能来源于空气，无任何废气废水排放，不会造成环境影响。
结合长江中下游流域冬季低温时段较长的气候特点，我们取空气源热泵热水器全年综合能效300%计算
3.1用户端的能耗与使用费用
根据空气源热泵热水器的使用效率，1m3自来水由12℃加热到60℃用户耗电量与费用：P=55.8kWh/3.0=18.60kW·h;
F=电费(峰电)+自来水费=18.6×0.5583+3.1=13.48元/m3
F=电费(谷电)+自来水费=18.6×0.3583+3.1=9.76元/m3
用户淋浴一次的实际耗电量：P=2.79kW·h/3.0=0.93kW·h;
用户淋浴一次的直接费用：
F(峰电)=电费+自来水费=0.93×0.5583+3.1×50/1000=0.67元
F(谷电)=电费+自来水费=0.93×0.3583+3.1×50/1000=0.49元
3.2折合成一次能源能耗、CO2排放
一次能源的发电效率到用户约为25%，那么空气源热泵热水器一次能源的热转换效率为：ηp=ηe×ηs=300%×25%=75%
1m3自来水由12℃加热到60℃电厂耗能和耗煤：
P0=18.60kW·h/0.25=74.40kW·h;折合标准煤：9.14kg，CO2排放量22.79kg。
淋浴一次的耗热量：P=0.93kW·h/0.25=3.72kW·h;
折合标准煤：3.20 kW·h /8.14=0.46kg，CO2排放量：1.14kg。
(1公斤标准煤的发热量为8.14千瓦时.1公斤标准煤CO2排放量:2.493公斤)
4.电、天然气、空气源热泵热水器能耗对比表
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|
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电 |
天然气 |
空气源 |
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用户端能耗与费用 |
用户端能源价格 |
0.5583（0.3583）元／kw·h |
2.20元／m3 |
0.5583（0.3583）元／kw·h |
|
一次淋浴耗水量(L／人) |
100 |
100 |
100 |
|
一次淋浴耗电、气量 |
4.65kW·h |
0.313m3 |
0.93kW·h |
|
一次淋浴使用费用（元／人） |
2.755(1.83) |
0.8436 |
0.67（0.49） |
|
一年热水使用费用（元／人） |
688.75(457.5) |
210.9 |
167.5（122.5） |
使用费用对比的百分比
（以低谷电计） |
373% |
172% |
100% |
|
一次能源使用的综合效率 |
15% |
88% |
75% |
|
一次淋浴耗能折合标煤(kg) |
2.28 |
0.39 |
0.46 |
|
一次淋浴CO2的排放量(kg) |
5.68 |
0.97 |
1.14 |
注：1.电热水器、燃气热水器均有内置循环泵，因其能耗较小，忽略不计。
2.一年的费用是按照每人250次计。
3.括号内数据为低谷电价的费用
5.结论
通过对比我们不难发现，家用燃气热水器和空气源热泵热水器不论从能耗还是使用费用方面都远远优于电热水器，合理利用能源，提高能源利用率、节约能源是我国的基本国策，高品位的电能直接用于转换低品位的热能，热效率低，运行费用高，在营造绿色环境，创造低碳生活的今天，应该避免采用电热水器这种“高质低用”的能源转换利用方式。国家应出台鼓励政策，积极引导消费者选择高效节能的热水器，大力扶持发展空气源热泵热水机组，充分挖掘节能空间，不断改进创新以降低成本，使其技术更加完善、成熟与稳定，在可适用的气候条件下大面积的推广普及。
参考文献
[1] 《建筑给排水设计规范》GB50015-2003
[2] 中国建筑设计研究院主编《建筑给水排水设计手册》中国建筑工业出版社
[3] 李光华.电热水器的能效等级与设计开发[J]等
[4] 苏州市政府的电、水、气价格参考文件
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文章名称：
家用热水器的热源选择与比较
文章地址：
http://www.qikanvip.com/lunwen/zonghelunwen/2012/0927/4666.html
