建筑熱水節(jié)能途徑分析

1、第24卷第6期2004年6月煤氣與熱力Gas&HeatV0124No6Jun2004文章編號(hào)：1000—4416(2004)06—0353—05建筑熱水節(jié)能途徑分析羅清海。湯廣發(fā)，龔光彩，唐海兵(1湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082；2長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082)摘要：分析了太陽(yáng)能熱水技術(shù)、熱泵熱水技術(shù)、廢熱回收利用技術(shù)等建筑熱水技術(shù)的進(jìn)展、節(jié)能性及經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：建筑熱水；節(jié)能；太陽(yáng)能；熱泵；廢熱回收中圖

2、分類號(hào)：TU995文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AAnalysisonEnergySavingApproachforBuildingHotWaterLUOQinghai，TANGGuangfa，GONGGuangcai，TANGHai—bing2(1CollegeofCivilEngineering，HunanUniversity，Changsha410082，China；2CollegeofEnergy&Power，ChangshaScience&Te

3、chnologyUniversity，Changsha410082，China)Abslract：Thispaperanalyzestheenergysaving，economyandprogressofSOmebuildinghotwatertechnolo—gy，suchaSSOlarenergyhotwatertechnology，heatpumphotwatertechnologyandwasteheatutilizationt

4、echn—ologyKeywords：buildinghotwater；energysaving；SOlarenergy；heatpump；wasteheatrecovery0引言目前衛(wèi)生熱水能耗在建筑能耗中的比例越來越大，建筑衛(wèi)生熱水節(jié)能日益受到重視。我國(guó)目前商業(yè)建筑熱水供應(yīng)主要是燃煤、燃油、燃?xì)?、電鍋爐等形式，民用電熱水器、燃?xì)鉄崴鞯膽?yīng)用也日益增多u1J。本文分析建筑熱水能耗的現(xiàn)狀，并對(duì)建筑熱水供應(yīng)中的工程問題進(jìn)行探討。1我國(guó)建筑

5、衛(wèi)生熱水能耗現(xiàn)狀城市各類商業(yè)建筑衛(wèi)生熱水能耗比例達(dá)到10％～40％，由此導(dǎo)致生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)成本越來越高；城市家庭熱水器普及率已達(dá)70％以上，城市民用建筑熱水能耗，僅洗澡熱水用能就接近20％，農(nóng)村小鎮(zhèn)家庭使用熱水器的比例也越來越大。近年來，商業(yè)建筑規(guī)模日趨加大，據(jù)調(diào)查，商業(yè)建筑每年的能耗中，衛(wèi)生熱水能耗是商業(yè)建筑能耗的重要部分。上海地區(qū)商業(yè)建筑衛(wèi)生熱水能源消耗在建筑總能耗中的比例為L(zhǎng)4]：寫字樓，27％；商場(chǎng)，l07％；飯店，3l％；醫(yī)院，4

6、18％。國(guó)外有調(diào)查研究認(rèn)為，對(duì)于42℃的熱水，74％的家庭人均耗量小于40L／d，64％的家庭人均耗量小于35L／d，人均耗量為25～35L／d，4人家庭人均耗量最大?？紤]地區(qū)、季節(jié)等差異，自來水初始溫度按l2計(jì)算，常規(guī)熱水器效率按90％計(jì)算，我國(guó)每年僅城市居民衛(wèi)生熱水能耗折算為電力消耗為17510”～24510”kWh2建筑熱水節(jié)能途徑收稿日期：2003—10—28作者簡(jiǎn)介：羅清海(1971一)，男，湖南祁東人，博士生，從事制冷新技術(shù)

7、與建筑節(jié)能技術(shù)的研究工作。維普資訊第6期羅清海等：建筑熱水節(jié)能途徑分析355低、環(huán)境友好、出水溫度范圍大、能提供高溫?zé)崴葍?yōu)點(diǎn)。開發(fā)適于co：熱泵熱水器的高效壓縮機(jī)、耐高壓的高效換熱器以及完善的控制策略將是以后co：熱泵熱水器研究的重點(diǎn)。其跨臨界單級(jí)壓縮熱泵循環(huán)最適合于在冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度低，溫度提升大的情況下使用，這時(shí)節(jié)流損失相對(duì)較小，同時(shí)溫度匹配很好，能夠充分發(fā)揮CO跨臨界熱泵循環(huán)的優(yōu)勢(shì)，這種場(chǎng)合的最好應(yīng)用就是熱泵熱水器。所謂跨臨界循

8、環(huán)，與普通制冷循環(huán)基本相似，所不同的是壓縮機(jī)的排氣壓力在臨界壓力之上，工質(zhì)在超臨界區(qū)經(jīng)定壓放熱，因此有時(shí)也稱之為超臨界循環(huán)。在跨臨界循環(huán)時(shí)，高壓端換熱器被稱為氣體冷卻器，在氣體冷卻器中co：與自來水進(jìn)行熱量交換，提升自來水的溫度，作為熱水器的供熱源，而蒸發(fā)器從環(huán)境熱源吸收熱量。實(shí)驗(yàn)表明J：C02跨臨界循環(huán)空氣源熱泵熱水器在蒸發(fā)溫度0℃的條件下，自來水溫度由9℃加熱到60℃，系統(tǒng)性能系數(shù)可達(dá)43，全年運(yùn)行平均供熱性能系數(shù)可以達(dá)到40，可節(jié)

9、省一次能源75％，而且最高供水溫度可達(dá)90℃。Hasegawa等人]提出了兩級(jí)復(fù)疊壓縮式熱泵熱水系統(tǒng)，對(duì)于65℃的供水溫度，系統(tǒng)性能系數(shù)為373。(2)太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器國(guó)外對(duì)太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器的研究開展得比較早』，近年國(guó)內(nèi)也有研究]。太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器有3種系統(tǒng)組織形式：分體雙循環(huán)式、分體單循環(huán)式和集成式。分體雙循環(huán)式包括制冷劑循環(huán)和水循環(huán)。這種組織形式系統(tǒng)復(fù)雜，安裝不便，成本高，因而難以商業(yè)化推廣。分體單循環(huán)式只有制冷劑循環(huán)，

10、蒸發(fā)器與太陽(yáng)能集熱器集成，而冷凝器則為置于蓄水箱中的浸沒式散熱器。這種系統(tǒng)效率較高，但需要安裝現(xiàn)場(chǎng)灌注制冷劑，安裝比較不便。Hawlader等人提出的太陽(yáng)能輔助熱泵熱水系統(tǒng)，對(duì)于新加坡的氣候條件，當(dāng)水箱水溫為30—50℃時(shí)，集熱器效率為40％～70％，系統(tǒng)性能系數(shù)為4～9，投資回收期約為2a[273。集成型系統(tǒng)將集熱器／蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、蓄水箱等部件集中組合成一個(gè)緊湊的整體]。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在工廠一次性組裝集成，安裝方便靈活，

11、無循環(huán)水泵等附加功耗。在陰雨天氣則以空氣源熱泵模式運(yùn)行，因而能全天候供應(yīng)熱水，但受結(jié)構(gòu)和采光面積的局限，系統(tǒng)性能系數(shù)較分體式系統(tǒng)低。Huang等人報(bào)道的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的典型性能數(shù)據(jù)是]：對(duì)于中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的氣象條件，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度達(dá)到最高值55819kJ／(rT】2d)時(shí)，環(huán)境溫度307℃，水箱水溫變化386～52oC，系統(tǒng)平均性能系數(shù)254；太陽(yáng)輻射強(qiáng)度中等值12855kJ／(rTl2d)時(shí)，環(huán)境溫度213℃，水箱水溫變化246～351oC，系

12、統(tǒng)平均性能系數(shù)383。(3)熱電熱泵熱水器在近室溫條件下，現(xiàn)有熱電制冷系統(tǒng)的制冷效率不夠理想，但作為熱泵技術(shù)用作加熱用途時(shí)，相對(duì)于直接電能加熱的技術(shù)，仍不失為一種節(jié)能途徑；而且，熱電熱泵無工質(zhì)運(yùn)行，無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于精確控制，獨(dú)具安全、環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)]。熱電熱泵是將熱電制冷(又稱為半導(dǎo)體制冷)裝置作為制熱用途時(shí)的一種稱呼，對(duì)熱電模塊通直流電后，冷端吸收熱量可以制冷，而熱端放出熱量可以制熱，依據(jù)熱力學(xué)定律，熱端放出熱量為冷端吸收的

13、熱量及消耗的電能之和，這便是熱電熱泵工作原理。熱電熱泵的意義在于像常規(guī)熱泵一樣能將低品位能源提升為高品位能源利用。Khedari等人提出了熱電空調(diào)／熱水器一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合利用太陽(yáng)能和空調(diào)制冷排熱，當(dāng)熱端散熱器水流量10～15L／min，冷端散熱器氣流速度25～5m／s，可在2h內(nèi)可將儲(chǔ)水箱120L自來水升溫到接近50℃，系統(tǒng)性能系數(shù)平均值312_3。湖南大學(xué)研制了一臺(tái)通過冷端循環(huán)水回收廢熱的快熱式熱電熱泵熱水器樣機(jī)，在供水溫度不超

14、過50℃，流量6L／rain的情況下，性能系數(shù)達(dá)到20左右，為建筑熱水節(jié)能、廢熱回收、低品位能源利用提供了新思路J。熱電熱泵熱水系統(tǒng)，受目前熱電材料性能的限制，一般情況下難以有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。(4)熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性受能源政策影響較大，當(dāng)各種能源價(jià)格、環(huán)保稅率等發(fā)生變化時(shí)，不同熱水供應(yīng)系統(tǒng)的投資與運(yùn)行費(fèi)用的比較隨著發(fā)生變化。就我國(guó)目前能源格體系而言，壓縮式熱泵，尤其是C02熱泵系統(tǒng)的初投資大，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)于電鍋爐、維普