热水工程:太阳能+空气能双能源与单能源的节能对比分析
在热水工程项目中,不少人对用空气能热水工程与太阳能热水工程的结合使用感到不解。因为都是相对“昂贵”的设备,仅仅是为了弥补各自的不足,就两套设备一套用,是不是太奢侈了?其实,这中间的误解,就在于认为增加了热泵或太阳能设备,投资也会增加一倍。
从原理上讲,“热泵”算是“空调”家族的一员——热泵与空调二者原理相通,结构相近,部件相似,很多大型热泵生产企业都有生产制冷产品的历史背景;但从用途上看,“热泵”却是太阳能的亲密战友——同样的用途,同样节能,所以太阳能企业也努力朝热泵靠拢,希望凭借热泵良好的市场表现迎来企业第二春。
太阳能企业做热泵工程,大的特点就是将太阳能和热泵综合利用,用热泵取代锅炉或电热系统作为辅助加热手段,有太阳时用太阳能制取热水,没太阳或太阳不够时就用热泵加热。理论上来讲,和单纯使用太阳能制取热水相比,有了热泵的辅助,运行成本大幅度降低,但也有人对太阳能加热泵系统的可行性提出质疑,主要问题包括下面两个方面:
疑问一
冬季是太阳能需要补热的季节,但冬季也是空气能热水工程效率低的季节,两者其实都是利用太阳的能量,将两者结合在一起是否有价值?
其实,当真空管取代集热板成为太阳能热水器收集太阳能的部件之后,“冬季是太阳能需要补热的季节”已经成为了历史。真空管利用真空隔热的原理,能够充分利用太阳光辐射的能量,而将环境温度的影响降到很低。在华南地区,冬季的雨水很少,且阳光辐射强度依然较大,所以真正太阳能需要补热的不是冬季,反而是春末夏初时,闷热潮湿的梅雨时节。而这种闷热潮湿的时节由于温度较高,正是空气源热泵大显身手的时候。
疑问二
太阳能和热泵技术属于两个截然不同的技术领域,两者没有共通点。太阳能和热泵都是非常节能的产品,单用其一已经能够达到节能的效果,二者结合会大量增加投资成本,是否合算?
那太阳能+热泵系统到底省不省钱?能够省多少钱?这应该是大家关心的问题。我们用下面一个工程案例的具体情况予以说明。
案例
以下是某酒店的太阳能热泵工程情况:
某酒店有房间120套,按照每套房间每日热水使用量100升计算,酒店每日需要保证12T热水的供应。
采用传统方式,用锅炉烧制的话,1吨水升温40°C大概需要消耗按照柴油6kg,按照柴油价格4.7元/ kg计算,每顿热水升温40°C所需要费用为:
6kg×4.7元/ kg=28.2元
每日12吨热水,所需费用为:28.2元/吨×12吨/天=338.4元/天
每年按照365天计算,制取热水所需费用为338.4元/天×365天=123516元
根据实际情况,宾馆采用了太阳能加热泵热水系统,利用两者结合。
由于工程选用了质量较好的热水机组,所以工程报价相对较高,从上面我们可以看到,除去洗水盆、水龙头、花洒等酒店洗浴用品,工程造价主要由三部分组成:
、太阳能热水系统,包括太阳能热水系统费用
其中包括:联集管(27200.00)、全玻璃真空集热管(38000.00)、联集器槽钢基础(8100.00)、集热器支撑框(7600.00)、加压带回水热循环水泵(3600.00)。
共计:27200+38000+8100+7600+3600=84500(元)
第二、空气能热泵热水系统
包括:空气能热泵(65000.00)。
第三、热水工程系统所需材质
包括:水箱基础(4950.00)、保温水箱(30000.00)、智能控制系统(4500.00)、国标电线+管道(1200.00)、循环水泵(3600.00)、循环管(镀锌管)(3040.00)
共计:4950+30000+4500+1200+3600+3040=47240(元)
情况一:单用太阳能系统
如果单用太阳能热水系统,所需费用为:84500+47240=131740(元)
在晴天,利用太阳能热水不用任何费用,但在阴雨季节,却需要开启电热系统辅助加热。在广东地区,每年阴雨天气大概为100天左右,即有大约100天左右的时间需要开启电辅系统。
运行费用:
利用电能将1吨水温度升高40°C大概需要消耗50度电,按照目前电力价格0.7元/度计算,所需费用为:50×0.7=35元
每日12吨水即需要费用35×12=420元
一年工作工作100天,所需费用为42000元,比锅炉制取热水节省费用123516-42000=81516元
131740÷81516≈1.62,即单纯采用太阳能系统的话,大概一年零七个月的时间便可以收回成本。以使用寿命12年计算,进行太阳能热水改造可带来的效益为:
81516×12-131740=846452元。
情况二:单用热泵热水机
如果单纯采用热泵热水机制取生活热水,所需要的费用为65000+47240=112240元
运行费用:
和太阳能相比,热泵受气候的影响相对较小,无论阴晴都可以用。使用热泵热水机制取生活热水,将水温升高40°C大约需要消耗12度电,按照电力价格0.7元/度计算,所需费用为:12×0.7=8.4元
每日12吨水即需要费用8.4×12=100.8元
一年工作工作365天,所需费用为365×100.8=36792元,比锅炉制取热水节省费用123516-36792=86724元
112240÷86724≈1.30,即如果单纯采用热泵的话,大概只需要一年零三个月的时间便可以收回成本。更多资讯请搜索微信公众号:李晓锋,以使用寿命12年计算,进行热泵热水系统改造可带来的效益为
86724×12-112240=928448元
情况三 太阳能+热泵热水机
日照充分的时候用太阳能,日照不足的使用使用热泵辅助加热,两套系统相结合,所需要的工程费用为84500+65000+47240=196740元
运行费用:
一年中,热泵的运行天数按照100天计算,制取热水所需费用为100×100.8=10080元,和锅炉制取热水相比,节省费用为:123516-10080=113436元
196740÷113436≈1.74,即大概一年零九个月的时间可以收回成本,按照使用寿命12年计算,进行热本热水系统改造可带来的效益为:
113436×12-196740=1164492元
热泵/太阳能单用/混用投资效益比较图
太阳能+热泵系统存在的不足
利用太阳能+热泵制取热水,虽然在初期投入比较大,资金回收周期有所加长,但确实是三种节能系统中节能的一种,从长远考虑,太阳能+热泵制取热水,也是其中经济的。但是要注意的是,太阳能加热泵,在增加了工程复杂程度的同时,不但增加了工程费用,也带来了其他一些不稳定因素,所以,在实际项目应用中,应根据实际需要配置,其系统的不足具体有三个方面:
、机组的稳定性问题。
热泵的稳定性和锅炉、电热产品相比,由于产品品质及安装工艺的要求,稳定性还有一定距离,所以在施工设计中,需要根据具体环境因素做好调查考量工作,业界也一直有三分产品七分安装的说法。
第二、热水时间不确定,何时启用存疑虑。
和电辅加热、锅炉加热相比,热泵对定量热水的加热时间要长很多,而且由于环境温度不同,热泵的加热时间并不是一个固定值。如果单使用热泵,这些问题都无所谓,但作为太阳能热水器的辅助加热手段,问题的严重性就凸显出来。
客户对热水的需求,无论是酒店还是宿舍,一般都集中在固定时间段(晚上6点~12点),所以需要在晚上6点之前制取足量热水供应。在太阳光照强度不够的情况下,如果热泵辅助开启时间太短,制取的热水温度不够,而如果热泵辅助加热时间太长,又会造成不必要的浪费。由于很难精确预测热泵的开启和使用时间,这对系统的正常使用带来了一定的困难。
第三、适用范围受到限制。
在高维度地区,由于冬季太阳直射时,光线斜射角度偏低,使得太阳光照射强度减弱,进而使得太阳能工作效率降低,需要采取辅热系统进行加热。而高纬度地区冬季温度普遍偏低,月平均气温常在摄氏零度以下,这种气候下空气源热泵的工作效率也会大大降低。所以,“太阳能+空气源热泵”热水系统在北方的应用也受到一定的限制。
针对这种情况,目前在北方地区有这样一种“太阳能、空气能双热源中央热水系统”系统形式:以太阳能作为主要的加热方式,当太阳能产生的热量不足时,将太阳能制取的热水作为热泵热源,利用热泵进行热水加热。这是一种较为新颖的热水方式,但由于缺乏资料,在这里只对这种“太阳能+热泵”的热水系统进行介绍,暂时不做分析,欢迎各位大神加本人微信提供相关资料及数据,谢谢!
总结
综上所述,“太阳能+热泵”热水系统作为一种新兴的热水系统,既是一种大胆的创造,也是一个探索的过程。从长远的角度来看,以“太阳能+热泵”相节能的热水模式在为我们提供一种节能新思路的同时,也为我们提出了许多新的技术难题,比如如何加强系统稳定性,如何确定热水时间等等。新的思路是科技发展不可或缺的重要元素,热泵技术的进步除了要取得更准确的数据、更精密的设备、更先进的生产方式之外,在使用方法上的创新也是值得我们重视的。“太阳能+热泵”热水系统本身也许还有诸多不足之处,但随着这项技术的不断完善,一定会成为将来“热泵”产品的使用添加一些新的血液。
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