復合冷凝熱回收式太陽能熱水系統的經濟性和節能性分析

崔輝然滿虹劉洋

（1.天津新實能源科技有限公司，天津 300384；2.天津城建大學，天津 300384）

復合冷凝熱回收式太陽能熱水系統的經濟性和節能性分析

崔輝然1滿虹1劉洋2

（1.天津新實能源科技有限公司，天津 300384；2.天津城建大學，天津 300384）

本文介紹了熱回收的意義并闡述了復合冷凝熱回收式太陽能供熱水系統的運行原理。然后以三亞市某五星酒店太陽能-冷凝熱回收供熱水系統運行模式為例，分析太陽能-冷凝熱回收供熱水系統的經濟性和節能性，并與其他系統的經濟性進行比較，對太陽能-冷凝熱回收系統供熱水系統的經濟性和節能性進行了評價。

太陽能；冷凝熱回收；投資回收期；經濟性

能源是人類社會賴以生存和發展的物質基礎，同時，能源短缺也是世界各國共同面臨的難題。能源總量供不應求，供需差距越來越大，供需矛盾日益突出，能源利用效率低，污染和浪費現象嚴重等一系列問題，嚴重困擾著我國能源產業的發展。因此，如何提高能源的利用率已經成為我國的一大熱點問題。

能源費用約占酒店全年營業總收入的20%，其最大的耗能是為客人提供熱水和空調所消耗的能量[1]。中央空調冷水機組在運行時排出大量冷凝熱，為制冷量的1.18～1.3倍。通常情況下，冷凝熱直接排入大氣，造成能量的巨大浪費，加劇了室外大氣的熱污染和城市的“熱島效應”[2]。如果對冷凝熱進行回收，一方面可減輕大氣環境污染，改善生態環境；另一方面，對于水冷冷水機組而言，可減少冷卻塔的散熱量，節省系統冷卻塔風機的耗電量，且回收的冷凝熱能夠用于制取生活熱水。

夏季太陽輻射大大增加了酒店中央空調的負荷，中央空調往往會因為工況太惡劣而出現故障。若能夠利用太陽能制取熱水，既減少了酒店的日射負荷，又能以清潔的方式制取熱水[3]。

1 系統原理

選取的酒店采用了三臺中央空調冷水機組。其中一臺為雙冷凝冷水機組，雙冷凝冷水機組有兩個冷凝器，其中一個是標準冷凝器，用于連接冷卻塔；另一個是熱回收冷凝器，專門與供熱水系統相連，因機組直接散熱給熱水，又稱為直接式熱回收系統。冷卻水的熱量先通過熱回收機組進行冷卻，剩余的廢熱由冷卻塔排放到大氣中。補水箱的水經冷凝熱加熱至40℃，其余的熱量經冷卻塔排放，水在補水箱經太陽能集熱器加熱到65℃后，進入供熱水箱；當太陽能受季節、天氣和晝夜的影響，無法滿足供熱溫度時，采用燃氣鍋爐進行輔助加熱。該方案能最大限度地利用太陽能，盡可能地回收冷水機組的冷凝熱，減少廢熱的排放，減少冷卻塔的運行費用，從而降低酒店的運行成本。系統運行原理如圖1所示。

圖1 太陽能-冷凝熱回收供熱水系統

在該系統中，補水箱的水循環經過冷凝器，回收空調機組冷凝器向室外排放的冷凝熱，進而提高補水箱的水溫，補水箱通過另一管路和太陽能集熱器相連，從而提高了系統的熱效率，節約了投資成本的同時，也降低了運行費用。

2 太陽能與熱回收制冷機組供熱水系統的節能費用預評估

表1 生活熱水日平均用水量

由表1可知，生活熱水日平均用水量244.83m3/d，則需要提供熱水的熱值為：

由太陽能和熱回收機組把熱水加熱，每天可節省生活熱水熱值。太陽能熱水系統提供的有用能量

熱回收制冷機組提供的有用熱量：

2.1 簡單年節能費用

簡單年節能費用計算公式如下：

三亞市非居民天然氣價格為3.8元/m3，

天然氣的熱值為35.588kJ/m3，燃氣鍋爐的效率為85%。 Cc：系統設計當年以燃氣作為能源的熱價，元/MJ ΔQS：以燃氣為輔助熱源時，

2.2 壽命期內系統總節省費用

壽命期內總節省費用的計算公式：式中：SAV為系統壽命期內總節省費用，元；ΔQS為系統的年節能量；PI為折現系數；

Cc為系統評估的天然氣熱價，元/MJ；

Ad為太陽能和熱回收制冷機組供熱水系統總增投資，元；

DJ為每年用于系統有關的維修費用占總投資的百分率，取10%。式中：d為市場折現率，可取銀行貸款利率，2.25%；

e為燃料價格上漲率，1%；

n為系統壽命期，以太陽能集熱器的壽命作為系統的壽命期，取15年。

計算得：PI=13.6SAV=9.28×106元

3 陽能與熱回收制冷機組供熱水系統增加投資回收期的預評估

3.1 靜態投資回收期

靜態投資回收期計算公式：

Yt為系統的簡單投資回收期；Wz為系統增加的初投資；5×106

Wj為系統簡單年節能費用。1.55×106計算得：Yt=3.23年

3.2 動態投資回收期

當系統運行n年后節省的總資金與系統的增加初投資相等，即SAV=0

則此時的總累積年份n定義為系統的動態回收期Ne。

計算得：PI=4.762Ne=5.17年

4 太陽能和熱回收制冷機組供熱水系統環保效益評估

將系統壽命期內的節能量折算成標準煤質量，計算公式：

式中：Qco2為系統壽命期內二氧化碳減排量；Fco2為天然氣碳排放因子。

5 結論

5.1 根據系統計算，在15年的設備使用期中，使用太陽能和冷凝熱回收加熱生活熱水的方案比使用燃氣鍋爐加熱生活熱水的方案壽命期內節省9.28×106元。

5.2 采用投資回收期的方法，計算出增加的初投資能夠通過降低運行費用的途徑在5.17年回收，相比于一般建設項目8年的基本投資回收期，采用太陽能-冷凝熱回收方案經濟性更好。

5.3 采用太陽能-冷凝熱回收方案壽命期內可減少二氧化碳的排放量1.1×107kg，環境效益明顯。

通過以上分析得出酒店采用太陽能-冷凝熱供應生活熱水方案，具有良好的經濟效益、節能效益和環境效益。

［1］趙衍海，羅永浩，陸方，等.熱經濟學分析方法及其在冷凝水回收系統中的應用［J］.中國動力工程學報，2005，25（1）：121-124.

［2］楊暉，鄒文智，吳其偉，等.北京市某星級賓館采用熱泵回收中水熱量的經濟性分析［J］.建筑科學，2008，24（4）：15-18.

［3］Yang Hui，Li Rui，Xuan Zhiyong，et al.Economic evalua?tion of cold air conditioning system［C］.Proceedings of the 4th In?ternational Conference on Indoor Air Quality Ventilation &EnergyConservation in Building，Changsha，China，2001.

Economical and Energy Efficiency Analysis of Compound Condensing HeatRecovery Solar Heating System

Cui Huiran1Man Hong1Liu Yang2
((1. Tianjin New Energy Science and Technology Limited Company，Tianjin 300000；2. Tianjin ChengJian University，Tianjin 300384)

The meaning of heat recovery and the operation principle of compound condensing heat recovery solarheating system were introduced in this paper. A five star hotel with this system in Sanya city was set as an exampleand the economical and energy efficiency of this system was analyzed. Its economical efficiency was compared withthat of other systems and the economical and energy efficiency of compound condensing heat recovery solar heatingsystem was evaluated.

solar energy，condensing heat recovery，payback period of investment，economical efficiency

TU831

：A

：1003-5168（2015）03-0126-3

2015-2-23

崔輝然（1957.4-），女，本科，中級，研究方向：建筑節能與可再生能源。