淺析江淮地區太陽能和空氣能聯合供暖的經濟效益

郭藝丹，陶 欣

(安徽國防科技職業學院機電工程系，安徽六安237011)

江淮地區指位于中國江蘇省、安徽省的淮河以南、長江下游一帶(包括揚州、泰州、鹽城、淮安、合肥等主要城市).江淮地區的氣候屬于夏熱冬冷，且多是濕冷天氣，沒有集中供暖，當地居民多用電采暖，電采暖價格的昂貴使大多數居民不愿長時間使用，多是分時域、分區域使用，這大大降低了家居的舒適性.

針對江淮地區冬季的濕冷天氣、月均日輻射時間長、太陽能普及率高的特點，本項目將太陽能和空氣能有效的結合起來，實現聯合供熱水、供暖系統，來解決江淮地區居民的生活熱水和冬季房間供暖問題［1，2］.

1 控制系統原理

太陽能熱水器和空氣能熱水器分別以太陽和空氣為熱源，因具有綠色、節能、環保、無污染的優點得以推廣應用，能夠很好地解決人們所面臨的能源和環境兩大問題［3］.

太陽能和空氣能聯合供暖系統由太陽能集熱器、空氣能熱泵、儲熱水箱、電輔助加熱、散熱器和自動控制系統組成［4］.自動控制系統采用單片機作為閉環控制和整機管理核心，房間供暖系統采用模糊PID雙閉環控制原理來實現高可靠性和資源合理分配，即太陽能、空氣能和輔助電加熱模塊采用并聯方式，根據供水溫度，采用先后順序開啟設備.太陽能和空氣能熱泵聯合供暖裝置的結構示意圖見圖1.

圖1 太陽能和空氣能熱泵聯合供暖裝置的結構示意圖

2 運行成本分析

2.1 電供暖運行成本分析

冬季房間供暖標準設為60W/m2，參考房間面積為15m2，一天按24小時計算該參考房間總需制熱量為Q=60×15×24=21600W=21.6kW，按每度電 0.7元計算，江淮地區居民目前的電采暖運行成本約為 Y=21.6×0.7=15.1元.

2.2 太陽能和空氣能聯合冬季供暖運行成本分析

2.2.1 太陽能運行成本分析

表1 為安徽屯溪(北緯29°43′，東經118°17′)12 個月份的月均日輻照量氣象資料.

表1月均日輻照量氣象資料

從表1可以看出，12月份和1月份月均日輻射量最低，分別為5.80MJ和6.44MJ，其次是11月份和2月份的日輻射量較低，考慮冬季房間供暖的月份為11月－2月共四個月，采用中科藍天平板太陽能集熱器，集熱面積2.0m2.根據公式(1)來計算.

其中，A為太陽能集熱面積，J為月均輻照量，η1為集熱器集熱效率0.65，η2為系統熱損失率0.1.由公式(1)可得11月份、12月份、1月份、2月份的系統日得熱量分別為:

四個月的總得熱量為Q=Q11×30+Q12×31+Q1×31+Q2× 28=1037.296MJ，折算成千瓦時為 Q=1037.296/3.6=288.138kWh，日均得熱量為 Q日=288.138kWh/4/30=2.4kWh.

2.2.2 空氣能熱泵供暖效能分析

將冬季房間供暖標準設為60W/m2，參考房間面積為15m2，一天按24小時計算該參考房間總需制熱量為Q=60×15×24=21600W.以采用空氣能水循環主機ELKS98H為例，其最大輸入功率1250W，制熱量為3800W，所需空氣能熱泵運行時數為房間每天所需的總制熱量除以空氣能熱泵的最大制熱量，即:21600/3800=5.68小時，則空氣能熱泵消耗的電能為 W=1250 ×5.68/1000=7.1 kWh.

將太陽能和空氣能聯合供暖，平均每天所消耗的電能為W=7.1－2.4=4.7kWh，按每度電 0.7 元計算，則平均每天供暖所需成本為 Y=4.7 ×0.7=3.29 元.

可以看出，上述結果是按照空氣能最大制熱量和最大功率來計算，當室內溫度波動小時，空氣能主機不需要開到最大功率.另外，如果考慮用戶周一至周五上班，房間沒人，可以將空氣能熱泵關閉8－10個小時，下班后再開啟.這意味著每天供暖所需的成本要小于3.29元.不可否認，這個數據是理論計算，實際運行中供暖系統干擾因素較多，因此運行成本需要在調試中進一步實驗分析得到.

由表1可以看出，3月份至10月份日輻照量較充足，且房間不需要供暖.陽光充足時，太陽能產生的熱水已經能夠滿足用戶使用，如果是晚上和陰雨天氣，可通過微處理器自動開啟空氣能熱泵提供熱水.太陽能和空氣能熱泵聯合供熱、供暖系統的成本較低，安全環保，便于安裝調試，適用于普通家庭的需要，也是國家大力推廣扶持的《中國住宅陽光計劃》，符合新能源的發展方向.

3 結論

根據江淮地區的氣候，空氣能在室外溫度較低時結霜可能性較小，有利于提高空氣能的能效比;江淮地區太陽能的應用廣泛，在太陽能供熱水的基礎上進行空氣能聯合供暖改造成本低，安全、環保，可實施性強.

太陽能和空氣能聯合供暖系統無污染、安全高效，不僅能健康、舒適的供暖，還能提供熱水，讓居民舒舒服服過個溫暖的冬天.現階段，江淮地區乃至整個長江流域的供暖問題日益突出，該系統的推廣和應用將給江淮地區居民帶來福音，同時也可能在建筑行業掀起一場技術革命.

［1］王宏偉，于鑫.太陽能－地源熱泵系統供暖模式［J］.沈陽建筑大學學報(自然科學版)，2013，(3):519－524.

［2］李恩云.淺析太陽能采暖與生活熱水系統的技術與經濟效益［J］.價值工程，2014，(30):147－148.

［3］余麗霞，付祥釗，肖益民，等.空氣源熱泵在長江流域的氣候適宜性研究［J］.暖通空調，2011，(6):96－99.

［4］楚軍田，申連喜.水地暖與電地暖應用對比研究［J］.建筑節能，2014，(11):20－23.