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：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湖南大學土木工程學院，湖南長沙410082；2長沙理工大學能源與動力學院，湖南長沙410082)摘要：分析了太陽能熱水技術(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)的進展、節(jié)能性及經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞：建筑熱水；節(jié)能；太陽能；熱泵；廢熱回收中圖

2、分類號：TU995文獻標識碼：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。我國目前商業(yè)建筑熱水供應(yīng)主要是燃煤、燃油、燃氣、電鍋爐等形式，民用電熱水器、燃氣熱水器的應(yīng)用也日益增多u1J。本文分析建筑熱水能耗的現(xiàn)狀，并對建筑熱水供應(yīng)中的工程問題進行探討。1我國建筑

5、衛(wèi)生熱水能耗現(xiàn)狀城市各類商業(yè)建筑衛(wèi)生熱水能耗比例達到10％～40％，由此導(dǎo)致生產(chǎn)、經(jīng)營成本越來越高；城市家庭熱水器普及率已達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L4]：寫字樓，27％；商場，l07％；飯店，3l％；醫(yī)院，4

6、18％。國外有調(diào)查研究認為，對于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計算，常規(guī)熱水器效率按90％計算，我國每年僅城市居民衛(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、能提供高溫熱水等優(yōu)點。開發(fā)適于co：熱泵熱水器的高效壓縮機、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。其跨臨界單級壓縮熱泵循環(huán)最適合于在冷卻介質(zhì)進口溫度低，溫度提升大的情況下使用，這時節(jié)流損失相對較小，同時溫度匹配很好，能夠充分發(fā)揮CO跨臨界熱泵循環(huán)的優(yōu)勢，這種場合的最好應(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，因此有時也稱之為超臨界循環(huán)。在跨臨界循環(huán)時，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。實驗表明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43，全年運行平均供熱性能系數(shù)可以達到40，可節(jié)

9、省一次能源75％，而且最高供水溫度可達90℃。Hasegawa等人]提出了兩級復(fù)疊壓縮式熱泵熱水系統(tǒng)，對于65℃的供水溫度，系統(tǒng)性能系數(shù)為373。(2)太陽能輔助熱泵熱水器國外對太陽能輔助熱泵熱水器的研究開展得比較早』，近年國內(nèi)也有研究]。太陽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)場灌注制冷劑，安裝比較不便。Hawlader等人提出的太陽能輔助熱泵熱水系統(tǒng)，對于新加坡的氣候條件，當水箱水溫為30—50℃時，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、冷凝器、蓄水箱等部件集中組合成一個緊湊的整體]。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等人報道的實驗系統(tǒng)的典型性能數(shù)據(jù)是]：對于中國臺灣地區(qū)的氣象條件，太陽輻射強度達到最高值55819kJ／(rT】2d)時，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；太陽輻射強度中等值12855kJ／(rTl2d)時，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，相對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)運行，無轉(zhuǎn)動部件，結(jié)構(gòu)簡單，便于精確控制，獨具安全、環(huán)保方面的優(yōu)勢]。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的一種稱呼，對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)合利用太陽能和空調(diào)制冷排熱，當熱端散熱器水流量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。湖南大學研制了一臺通過冷端循環(huán)水回收廢熱的快熱式熱電熱泵熱水器樣機，在供水溫度不超

14、過50℃，流量6L／rain的情況下，性能系數(shù)達到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)濟性優(yōu)勢。(4)熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟性熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟性受能源政策影響較大，當各種能源價格、環(huán)保稅率等發(fā)生變化時，不同熱水供應(yīng)系統(tǒng)的投資與運行費用的比較隨著發(fā)生變化。就我國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，運行費用相對于電鍋爐、維普