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熱水工程中太陽能+空氣能雙能源與單能源的對比分析

2015/12/21 14:03:55??????點(diǎn)擊:
在熱水工程項(xiàng)目中,不少人對用熱泵與太陽能的結(jié)合使用感到不解。因?yàn)槎际窍鄬Α鞍嘿F”的設(shè)備,僅僅是為了彌補(bǔ)各自的不足,就兩套設(shè)備一套用,造價(jià)是不是過于高昂?其實(shí),這中間的誤解,就在于認(rèn)為增加了熱泵或太陽能設(shè)備,投資也會增加一倍。


從原理上講,“熱泵”算是“空調(diào)”家族的一員——熱泵與空調(diào)二者原理相通,結(jié)構(gòu)相近,部件相似,很多大型熱泵生產(chǎn)企業(yè)都有生產(chǎn)制冷產(chǎn)品的歷史背景;但從用途上看,“熱泵”卻是太陽能的親密戰(zhàn)友——同樣的用途,同樣節(jié)能,所以太陽能企業(yè)也努力朝熱泵靠攏,希望憑借熱泵良好的市場表現(xiàn)迎來企業(yè)第二春。


太陽能企業(yè)做熱泵工程,很大的特點(diǎn)就是將太陽能和熱泵綜合利用,用熱泵取代鍋爐或電熱系統(tǒng)作為輔助加熱手段,有太陽時(shí)用太陽能制取熱水,沒太陽或太陽不夠時(shí)就用熱泵加熱。理論上來講,和單純使用太陽能制取熱水相比,有了熱泵的輔助,運(yùn)行成本大幅度降低,但也有人對太陽能加熱泵系統(tǒng)的可行性提出質(zhì)疑,主要問題包括下面兩個(gè)方面:


疑問一

冬季是太陽能需要補(bǔ)熱的季節(jié),但冬季也是熱泵效率較低的季節(jié),兩者其實(shí)都是利用太陽的能量,將兩者結(jié)合在一起是否有價(jià)值?


其實(shí),當(dāng)真空管取代集熱板成為太陽能熱水器收集太陽能的部件之后,“冬季是太陽能需要補(bǔ)熱的季節(jié)”已經(jīng)成為了歷史。真空管利用真空隔熱的原理,能夠充分利用太陽光輻射的能量,而將環(huán)境溫度的影響降低。在華南地區(qū),冬季的雨水很少,且陽光輻射強(qiáng)度依然較大,所以真正太陽能需要補(bǔ)熱的不是冬季,反而是春末夏初時(shí),悶熱潮濕的梅雨時(shí)節(jié)。而這種悶熱潮濕的時(shí)節(jié)由于溫度較高,正是空氣源熱泵大顯身手的時(shí)候。


疑問二

太陽能和熱泵技術(shù)屬于兩個(gè)截然不同的技術(shù)領(lǐng)域,兩者沒有共通點(diǎn)。太陽能和熱泵都是節(jié)能產(chǎn)品,單用其一已經(jīng)能夠達(dá)到節(jié)能的效果,二者結(jié)合會大量增加投資成本,是否合算?


那太陽能+熱泵系統(tǒng)到底省不省錢?能夠省多少錢?這應(yīng)該是大家關(guān)心的問題。我們用下面一個(gè)工程案例的具體情況予以說明。


案例
以下是某酒店的太陽能熱泵工程情況:
某酒店有房間120套,按照每套房間每日熱水使用量100升計(jì)算,酒店每日需要保證12T熱水的供應(yīng)。


采用傳統(tǒng)方式,用鍋爐燒制的話,1噸水升溫40°C大概需要消耗按照柴油6kg,按照柴油價(jià)格4.7元/ kg計(jì)算,每頓熱水升溫40°C所需要費(fèi)用為:
6kg×4.7元/ kg=28.2元
每日12噸熱水,所需費(fèi)用為:28.2元/噸×12噸/天=338.4元/天
每年按照365天計(jì)算,制取熱水所需費(fèi)用為338.4元/天×365天=123516元

根據(jù)實(shí)際情況,賓館采用了太陽能加熱泵熱水系統(tǒng),利用兩者結(jié)合,以下是工程的報(bào)價(jià)情況:(價(jià)格僅供參考)


由于工程選用了質(zhì)量較好的熱水機(jī)組,所以工程報(bào)價(jià)相對較高,從上面我們可以看到,除去洗水盆、水龍頭、花灑等酒店洗浴用品,工程造價(jià)主要由三部分組成:


第一、太陽能熱水系統(tǒng),包括太陽能熱水系統(tǒng)費(fèi)用

其中包括:聯(lián)集管(27200.00)、全玻璃真空集熱管(38000.00)、聯(lián)集器槽鋼基礎(chǔ)(8100.00)、集熱器支撐框(7600.00)、加壓帶回水熱循環(huán)水泵(3600.00)。

共計(jì):27200+38000+8100+7600+3600=84500(元)


第二、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)

包括:空氣能熱泵(65000.00)。


第三、熱水系統(tǒng)所需材質(zhì)

包括:水箱基礎(chǔ)(4950.00)、保溫水箱(30000.00)、智能控制系統(tǒng)(4500.00)、國標(biāo)電線+管道(1200.00)、循環(huán)水泵(3600.00)、循環(huán)管(鍍鋅管)(3040.00)
共計(jì):4950+30000+4500+1200+3600+3040=47240(元)



情況一:單用太陽能系統(tǒng)
如果單用太陽能熱水系統(tǒng),所需費(fèi)用為:84500+47240=131740(元)
在晴天,利用太陽能熱水無需花費(fèi)其他費(fèi)用,但在陰雨季節(jié),卻需要開啟電熱系統(tǒng)輔助加熱。在廣東地區(qū),每年陰雨天氣大概為100天左右,即有大約100天左右的時(shí)間需要開啟電輔系統(tǒng)。


運(yùn)行費(fèi)用:
利用電能將1噸水溫度升高40°C大概需要消耗50度電,按照目前電力價(jià)格0.7元/度計(jì)算,所需費(fèi)用為:50×0.7=35元
每日12噸水即需要費(fèi)用35×12=420元
一年工作工作100天,所需費(fèi)用為42000元,比鍋爐制取熱水節(jié)省費(fèi)用123516-42000=81516元
131740÷81516≈1.62,即單純采用太陽能系統(tǒng)的話,大概一年零七個(gè)月的時(shí)間便可以收回成本。以使用壽命12年計(jì)算,進(jìn)行太陽能熱水改造可帶來的效益為:
81516×12-131740=846452元。



情況二:單用熱泵熱水機(jī)
如果單純采用熱泵熱水機(jī)制取生活熱水,所需要的費(fèi)用為65000+47240=112240元


運(yùn)行費(fèi)用:
和太陽能相比,熱泵受氣候的影響相對較小,無論陰晴都可以用。使用熱泵熱水機(jī)制取生活熱水,將水溫升高40°C大約需要消耗12度電,按照電力價(jià)格0.7元/度計(jì)算,所需費(fèi)用為:12×0.7=8.4元
每日12噸水即需要費(fèi)用8.4×12=100.8元
一年工作工作365天,所需費(fèi)用為365×100.8=36792元,比鍋爐制取熱水節(jié)省費(fèi)用123516-36792=86724元
112240÷86724≈1.30,即如果單純采用熱泵的話,大概需要一年零三個(gè)月的時(shí)間便可以收回成本。更多資訊請搜索微信公眾號:李曉鋒,以使用壽命12年計(jì)算,進(jìn)行熱泵熱水系統(tǒng)改造可帶來的效益為
86724×12-112240=928448元



情況三 太陽能+熱泵熱水機(jī)
日照充足的時(shí)候用太陽能,日照不足的使用使用熱泵輔助加熱,兩套系統(tǒng)相結(jié)合,所需要的工程費(fèi)用為84500+65000+47240=196740元


運(yùn)行費(fèi)用:
一年中,熱泵的運(yùn)行天數(shù)按照100天計(jì)算,制取熱水所需費(fèi)用為100×100.8=10080元,和鍋爐制取熱水相比,節(jié)省費(fèi)用為:123516-10080=113436元
196740÷113436≈1.74,即大概一年零九個(gè)月的時(shí)間可以收回成本,按照使用壽命12年計(jì)算,進(jìn)行熱本熱水系統(tǒng)改造可帶來的效益為:
113436×12-196740=1164492元
熱泵/太陽能單用/混用投資效益比較圖


太陽能+熱泵系統(tǒng)存在的不足
利用太陽能+熱泵制取熱水,雖然在初期投入比較大,資金回收周期有所加長,但確實(shí)是三種節(jié)能系統(tǒng)中較節(jié)能的一種,從長遠(yuǎn)考慮,太陽能+熱泵制取熱水,也是其中更經(jīng)濟(jì)的。但是要注意的是,太陽能加熱泵,在增加了工程復(fù)雜程度的同時(shí),不但增加了工程費(fèi)用,也帶來了其他一些不穩(wěn)定因素,所以,在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要配置,其系統(tǒng)的不足具體有三個(gè)方面:


第一、機(jī)組的穩(wěn)定性問題。

熱泵的穩(wěn)定性和鍋爐、電熱產(chǎn)品相比,由于產(chǎn)品品質(zhì)及安裝工藝的要求,穩(wěn)定性還有一定距離,所以在施工設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)具體環(huán)境因素做好調(diào)查考量工作,業(yè)界也一直有三分產(chǎn)品七分安裝的說法。


第二、熱水時(shí)間不確定,何時(shí)啟用存疑慮。

和電輔加熱、鍋爐加熱相比,熱泵對定量熱水的加熱時(shí)間要長很多,而且由于環(huán)境溫度不同,熱泵的加熱時(shí)間并不是一個(gè)固定值。如果單獨(dú)使用熱泵,這些問題都無所謂,但作為太陽能熱水器的輔助加熱手段,問題的嚴(yán)重性就凸顯出來。


客戶對熱水的需求,無論是酒店還是宿舍,一般都集中在固定時(shí)間段(晚上6點(diǎn)~12點(diǎn)),所以需要在晚上6點(diǎn)之前制取足量熱水供應(yīng)。在太陽光照強(qiáng)度不夠的情況下,如果熱泵輔助開啟時(shí)間太短,制取的熱水溫度不夠,而如果熱泵輔助加熱時(shí)間太長,又會造成不必要的浪費(fèi)。由于很難預(yù)測熱泵的開啟和使用時(shí)間,這對系統(tǒng)的正常使用帶來了一定的困難。


第三、適用范圍受到限制。

在高維度地區(qū),由于冬季太陽直射時(shí),光線斜射角度偏低,使得太陽光照射強(qiáng)度減弱,進(jìn)而使得太陽能工作效率降低,需要采取輔熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱。而高緯度地區(qū)冬季溫度普遍偏低,月平均氣溫常在攝氏零度以下,這種氣候下空氣源熱泵的工作效率也會大大降低。所以,“太陽能+空氣源熱泵”熱水系統(tǒng)在北方的應(yīng)用也受到一定的限制。


針對這種情況,目前在北方地區(qū)有這樣一種“太陽能、空氣能雙熱源中央熱水系統(tǒng)”系統(tǒng)形式:以太陽能作為主要的加熱方式,當(dāng)太陽能產(chǎn)生的熱量不足時(shí),將太陽能制取的熱水作為熱泵熱源,利用熱泵進(jìn)行熱水加熱。這是一種較為新穎的熱水方式,但由于缺乏資料,在這里只對這種“太陽能+熱泵”的熱水系統(tǒng)進(jìn)行介紹,暫時(shí)不做分析,歡迎各位大神加本人微信提供相關(guān)資料及數(shù)據(jù),謝謝!



總結(jié)
綜上所述,“太陽能+熱泵”熱水系統(tǒng)作為一種新興的熱水系統(tǒng),既是一種大膽的更新,也是一個(gè)探索的過程。從長遠(yuǎn)的角度來看,以“太陽能+熱泵”相節(jié)能的熱水模式在為我們提供一種節(jié)能新思路的同時(shí),也為我們提出了許多新的技術(shù)難題,比如如何加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性,如何確定熱水時(shí)間等等。新的思路是科技發(fā)展不可或缺的重要元素,熱泵技術(shù)的進(jìn)步除了要取得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)、更精密的設(shè)備、更先進(jìn)的生產(chǎn)方式之外,在使用方法上的更新也是值得我們重視的。“太陽能+熱泵”熱水系統(tǒng)本身也許還有諸多不足之處,但隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷完善,一定會成為將來“熱泵”產(chǎn)品的使用添加一些新的血液。

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