關于多能源熱水器的探討

廣東萬和電氣有限公司 ■ 夏道明

0 引言

隨著社會經濟的飛速發展，熱水器的種類在不斷推陳出新。隨著人們對生活熱水需求的提高，不同類型的家用熱水器產品紛紛在市場上出現。從最初的電、燃氣熱水器到現在的太陽能、空氣源熱泵熱水器，家用熱水器的發展可謂突飛猛進。

經濟的飛速發展伴隨的是常規能源的日益消耗，從1997年的《京都議定書》到2009年《聯合國氣候變化框架公約》，充分說明了常規能源的肆意消耗給全球氣候帶來的嚴重影響。伴隨著能源危機的日益加劇，電、燃氣熱水器的不足之處逐漸顯露出來。

“低碳環保”、“節能減排”逐漸成為人們選擇家電的標準，因此，環保、節能的熱水方案應運而生。多能源熱水器是一種融合各類型熱水器優勢的產品，也是將來熱水器重要的發展趨勢。通過不同能源類型的組合，從而將節能、舒適、安裝、使用方便性更好地結合起來。

1 多能源熱水器的組成和工作原理

本文所提到的多能源熱水器是指太陽能與熱泵、太陽能與燃氣、太陽能與電熱這種將兩種能源通過合理結合、優勢互補，實現經濟節能、低碳環保的新型家用熱水器產品。太陽能與熱泵(燃氣、電熱)相結合的多能源熱水器主要由太陽能集熱器、太陽能工作站、熱泵(燃氣熱水器)、智能控制器、保溫水箱(帶電輔助加熱)以及循環管路、支架等設備構成。

太陽能集熱器作為系統的主要集熱元件將吸收的太陽能轉化為熱能，并通過換熱管路傳遞給水箱中的水，熱量的運輸主要靠太陽能工作站的啟動和關閉來實現。使用熱泵(燃氣、電熱)作為系統的輔助能源，即在連續陰雨天或太陽能輻照量不足以滿足用戶熱水需要時，啟動熱泵(燃氣、電熱)進行輔助加熱。系統可根據用戶的需求智能化運行，無需值守、全天候供應熱水。

多能源熱水器的運行原理圖如圖1所示。

圖1 多能源熱水器運行原理圖

1.1 集熱循環

當T1-T2≥設定溫度時，太陽能工作站啟動，將太陽能集熱器吸收的熱量通過換熱管置換儲水箱中的水，使水箱中的水升溫；當儲水箱溫度T2達到用戶設定的用水溫度時，太陽能工作站停止工作，集熱循環完成。

1.2 預約加熱循環

在設定的時間點，測得儲水箱水溫T2低于設定溫度時，熱泵(燃氣、電熱)啟動進行加熱，使儲水箱中的水升溫，達到用戶設定的用水溫度時停止。

1.3 智能加熱循環

在設定時間段內，檢測儲水箱水溫T2低于設定溫度時，熱泵(燃氣、電熱)啟動進行加熱，使儲水箱中的水升溫，達到用戶設定的用水溫度時停止。

儲水箱為承壓水箱，用水采用頂水的方式運行，水壓等同于自來水或用水增壓泵的壓力。

太陽能作為主要的加熱能源，熱泵(燃氣、電熱)作為輔助，不僅解決了太陽能加熱受天氣輻照影響的問題，而且真正意義上實現了全天候供熱水，低碳環保。

多能源熱水器不僅是一套產品，更是一套熱水方案。作為一個系統，太陽能和熱泵(燃氣、電熱)優勢互補，最大程度上實現了綠色環保，經濟節能。

2 經濟效益分析

假設用戶每天的生活熱水量為300 L，基礎水溫為15 ℃，用水溫度為60 ℃。

由Q=cm苩可知系統所需總熱量為：

根據表1可計算出，加熱300 L水所需能源的有效熱值為：熱泵3.92 kJ/kWh、天燃氣1.41 kJ/kWh、電熱16.53 kJ/kWh。

表1 各種設備的熱效率及輸出有效熱值

各種熱水器的全年運行費用：以杭州地區為例，平均年陰雨天數為145 d，即全部需要熱泵(燃氣、電熱)提供加熱輔助的天數。太陽能熱水系統集熱系統設計循環泵總功率≤500 W，白天工作6 h，其他時間循環泵基本不工作。循環泵靠溫差工作，當溫差超過8 ℃時工作，一般平均每小時工作2次，每次工作10 min，能源費用0.6 元/kWh，日工作費用：(2×10×6/60)×0.5×0.6=0.6元，合計年費用為132元。

通過以上對比不難發現，在多能源熱水器中，采用電加熱作為一種輔助能源節能效果不太理想。而我國熱泵熱水器主要市場位于長江以南，大部分集中在華南和華東地區，這與熱泵熱水器性能受低溫限制有關。與電輔助、熱泵這兩種能源相比，采用燃氣作為一種輔助能源，對于普通家庭來講，無疑是一款經濟實惠型的最佳選擇。

通過對比可以看出，多能源熱水器大大降低了產品的運行費用。在晴好天氣時太陽能作為主要能源為系統提供熱量，不需任何常規的輔助能源；在陰雨天時啟動熱泵(燃氣、電熱)進行輔助加熱，滿足用戶24 h有熱水用。

3 環保效益分析

各種發電方式中，只有火力發電廠是燃燒化石燃料的，產生CO2。

每節約用電1 kWh，就相應節約標準煤0.35 kg，同時減少污染排放 CO20.872 kg、SO20.026 3 kg 、氮氧化物(NOx) 0.013 1 kg、碳粉塵0.238 kg。

由此可根據不同熱水器的耗電量推算出相應的污染物排放量。以300 L容量的熱水器為例，結合表2，各種熱水器全年的排放物排量見表3。由表3可看出，多能源熱水器(太陽能與燃氣)的年排放量指標最低。

表2 各種熱水器的運行費用對比

表3 各種熱水器年排量統計

4 總結

多能源熱水器的出現順應了熱水器時代的發展潮流，逐步脫離了電、燃氣等常規能源的束縛，大大降低了CO2、SO2、NOx、碳粉塵等污染物的排放。

能源消耗的減少意味著能為用戶帶來更多的經濟效益，作為節能環保的新型熱水器產品，必將成為更多用戶的首選。

[1] 06SS127 熱泵熱水系統選用與安裝[S].

[2] 06SS128太陽能集中熱水系統選用與安裝[S].