浅谈太阳能热水系统辅助加热方式的选择

　　摘 要：介绍了全寿命周期成本分析的含义及重要性，分析了目前太能能辅助加热方式的种类及特点，并从工程实例出发分析了不同加热方式的全寿命周期成本。指出了在节能环保、自主可靠、经济适用的前提下，空气源热泵辅助加热系统的优势。

　　关键词：全寿命周期成本;太阳能热水系统;空气源热泵;电加热

　　中图分类号：TU822

　　On the Choice of the Auxiliary Heating Mode of Solar Water Heating System

　　WEI Bao-lin1, WEI Kun2, ZHANG Guan-yuan3

　　(1. Engineering Design and Research Institute of General Staff Corps College, Xuzhou 221004,Jiangsu; 2. Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, Yunnan, China; 3.Jiangsu Wenrun Electronic Co. Ltd., Zhenjiang 212110, Jiangsu, China)

　　Abstract：Introduces the meaning and significance of whole life cycle cost analysis, analyzes the types and characteristics of the auxiliary heating mode of solar power currently, analyzes the whole life cycle cost of different heating modes based on engineering examples, and pointed out the advantages of air source heat pump auxiliary heating system on the premise of energy conservation and environmental protection, independence and reliability, and economic applicability.

　　Key Words：Whole life cycle cost; solar water heating system; air source heat pump; electric heating

　　0引言

　　近年来，随着中国经济建设的快速发展,能源紧缺问题愈发明显，在夏季用电高峰时拉闸限电或分时供电现象时有发生，同时随着油价、煤价的大幅攀升，空气质量的进一步下降，全社会对绿色环保可再生能源的利用愈发关注。而太阳能作为一种绿色可再生能源,其开发利用的空间、范围及应用领域越来愈广。作为最为传统的在生活热水供应方面的应用早已是家喻户晓，并已从单一的家庭使用方式，逐渐的发展到浴室、宾馆、游泳池等公共场所，其经济效益、社会效益均十分明显。然而众所周知由于太阳辐射的日夜变化以及受天气状况影响很大,因此要确保太阳能热水系统的正常供水温度，其辅助加热装置(备用热源)是必不可少的部件。不同的辅助加热方式对太阳能热水系统的初期建设成本和投入使用后的运行维护费用有很大的影响。因此本文从全寿命周期成本的角度，结合工程案例谈谈太阳能辅助加热方式的选择[1]。

　　1全生命周期成本、全寿命周期成本分析的含义及重要性

　　全生命周期成本(Life Cycle Cost)简称LCC。它的基本涵义就是在满足可靠性要求的基础上，整个设备和系统在全寿命周期内拥有的全部成本(Owning Cost)。

　　工程项目的全寿命周期包括项目开始阶段、设计阶段、采购阶段、施工阶段、使用阶段以及拆除更新阶段等。从全寿命周期分析的角度出发，工程项目的各个阶段都存在成本分析的任务。全寿命周期成本分析不仅要分析成本的大小，而且要衡量效益的好坏以及绩效的高低。全寿命周期成本分析的目的是全面控制成本，为工程项目提高价值。有关部门的统计数据表明，以一般现存30年的建筑为例，施工建设成本、维护成本、运行成本之间的比例关系是1:5:200，这就说明施工建设成本只是项目全寿命周期成本中的很小的部分，使用阶段和维护阶段的成本远远大于施工成本[2]。

　　2太阳能辅助加热方式的种类

　　目前，常用的太阳能辅助加热方式有5种：a) 电加热，很多太阳能热水系统都采用这种方式;b) 空气源热泵加热;c) 锅炉蒸汽配套加热;d) 燃油或燃气炉配套加热;e) 采用电磁感应加热[3]。

　　2.1电加热器配套加热

　　在许多实际工程中,由于实际条件的限制,往往采用电作为辅助热源。电阻式电加热是目前太阳能热水系统使用最普遍的一种辅助加热方式。电加热方式的优点是在建筑物电源功率能够保证的前提下，建设期加热设备投资较小、性能可靠。但其缺点是运行费用很高,而且由于需要的电加热功率很大,电加热系统运行会对其它用电设备形成较大影响,根据电功率的大小，有些热水使用量较大的热水系统，可能需要增设新的变压器,敷设专用供电线路，使得额外投资增加。采用电加热作为辅助热源,不但会消耗大量的电能,而且对电网的高峰负荷也形成很大压力。

　　2.2空气源热泵配套加热

　　是近年来新发展起来的一种太阳能热水系统辅助加热方式。实质上热泵技术是一种新型的节能制冷供热技术，长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现，从而在热水供应系统中也越来越多的采用热泵设备作为热源。其中以室外空气为热源的空气源热泵，结构简单，不需要专用机房，安装使用方便，在热水供应系统方面具有不可替代的优势。空气源热泵的工作原理是采用逆卡诺原理(与空调相反的原理)，从低温空气中吸收热量，并把热量转移到高温的水中，实现加热的过程。具体流程如下：压缩机把低压气态冷媒吸入，转化成为高温高压的气体，并推入冷凝器(即水箱换热盘管)，在节流阀的作用之下，高温高压的气体在冷凝器中由气态冷却成液态，同时释放大量能量。释放的能量进入水箱中，把水加热起来了。释放掉能量并变成液态的冷媒经节流阀流入蒸发器(即空气换热器)，压力瞬间降低，液态的冷媒在低压环境下又蒸发成气态，此时吸收大量的热量。吸收热量变成气态的低压冷媒被吸入压缩机，进入下一循环过程。空气源热泵的一个主要缺点就是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低，所以它的使用受到环境温度的限制，一般适用于最低温度-10 ℃以上的地区。

　　2.3锅炉蒸汽配套加热

　　该方式是传统的获得热水的方式，十分方便。缺点是必须配备锅炉，投资较大。如果附近有热电厂的蒸汽可以引入，必须和其它工程同步配套进行，否则，一次性建设投资较大，且可靠性较差，受制于人，汽源的稳定性难以保证。

　　2.4燃油或燃气炉配套加热

　　该方式对烟尘排放要求较高的城市，是供应热水常用的方式。缺点是建设初期建设投资较大，且随着油价、燃气价格的不断飘升，使用成本太高。而且要有专门的锅炉房。

　　2.5电磁感应加热

　　电磁感应加热技术就是利用电磁感应原理，在螺线管中通入交变的电流，从而产生交变磁场，通过工件切割磁场产生涡流，再利用工件自身的电阻发热，来达到加热效果的。(铜线圈通电后会产磁场，磁场对钢体材质发生，从而产生涡流导致发热)即：电能转化为磁能，再转化为热能。这种方式它从根本上解决了电热片、电热圈等电阻式通过热传导方式加热的效率低下的问题，节电效率高达40%～80%以上。并且电路与水等介质完全不接触，不会发生漏电或着火的危险。缺点是价格太高，对大容量的产品还没有，其次由于属于新产品，还未有国家对其制定标准，电磁波加热时产生的电磁辐射强度没有通过检验。因此不知道其电磁辐射强度有多大，长期使用是否对人体有害。

　　由此可见，较常用的、较可行、较为独立、较环保的辅助加热方式是：电加热、空气源热泵加热、燃油锅炉加热这三种。对于电加热，其前提是该建筑附近必须有足够的电源功率能够取得，按照热水系统通常的需求值，应按照5KW/每吨水准备，因此对于热水使用量较大的场所，就难以保证电源功率。而对于空气源热泵加热，由于采用了专门的机组，因此耗电较少，效率较高，通常情况下，1 t水需要空气源热泵机组的电功率约1 KW，但是对使用地区的室外环境温度有不低于-10 ℃的要求。燃油锅炉加热，是一种在取得电源功率有限制且热水使用量较大，需要确保有稳定热水供应的场所而采用的一种较好的辅助加热方式。

　　3工程案例

　　有一建筑面积约3 000m2，拥有50个床位的小型宾馆，24 h热水供应，用水量为10 t，年最低温度在-10 ℃以上。为节约能源，减少总投资，采用太阳能热水系统作为热水来源，整个太阳能系统集热管、水箱、管道、水泵等初期建设投资为25×104元，合同运行年限为15年，每年的11月份至来年的3月份，共计5个月需要辅助加热，那么采用何种辅助加热方式，比较经济呢?

　　3.1采用电加热

　　建设成本25×104元，电加热设备成本0.6×104元，每年运行成本是：电加热功率50 KW×6 h/d×150 d×0.5813元(当地电价)，即2.66×104元，电加热器更换费用0.2×104元/a。那么15a的全寿命成本是68.50×104元。

　　3.2采用空气源热泵

　　建设成本25×104元，空气能设备成本4.5×104元，每年运行成本是：空气能用电费12 KW×6 h/d×150 d×0.5813元(当地电价)，即0.63×104元。那么15年的全寿命成本是38.95×104元。

　　3.3采用燃油锅炉

　　建设成本25×104元，每年运行成本是：锅炉折旧2×104元/年，依据周边有一类似工程测定的燃油费用70m3/d×150 d×6.5元(当地柴油价)，即6.83×104元。那么15a的全寿命成本是157.45×104元。

　　4结语

　　由此可见，按照全寿命周期成本分析可以得出：对于初期投资一样的太阳能热水系统，其使用运行阶段采用不同的辅助加热方式，其运行费用差异较大。空气源热泵辅助加热方式，对于环境温度高于-10 ℃的地区比较节能，运行费用较低，优势十分明显。

　　参考文献：

　　[1]中国建设工程造价管理协会编.建设项目全寿命周期成本控制理论与方法[M].北京:中国计划出版社,2007.

　　[2]齐宝库.工程项目管理[M].大连:大连理工大学出版社,2007.

　　[3]陈 东,谢继红.热泵技术及其应用[M].北京:化学工业出版社,2008.

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文章名称： 浅谈太阳能热水系统辅助加热方式的选择

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