摘要：介紹了太陽能熱水系統與常用幾種輔助熱水熱源組合在實際的運用，結合工程實例，探討與分析了以太陽能熱水系統為主與常用幾種輔助熱水熱源組合運用經濟、節能、環保等指標上的分析。
　　
　　關鍵詞：太陽能；熱水；節能；經濟；環保
　　
　　1太陽能資源利用前景
　　目前，我國已成為煤炭消費第一大國，油、電消費第二大國。面對如此嚴峻的能源需求，太陽能、風能等新能源的利用為緩解能源緊缺起到積極作用，同時也催生了太陽能行業的政策環境，節約資源是我國的一項基本國策，充分認識到節約資源的重要性和緊迫性，對加快推進建設節約型社會，大力發展循環經濟將起到重要作用。近年來，隨著城市化和工業化的發展，我國建筑耗能已超過全國能源的消費總量的25%，公共建筑耗能巨大，且浪費嚴重，賓館、飯店、集體宿舍是民用建筑的1.8倍，因此采用各項節能措施，降低能耗越發顯得重要。賓館、飯店、集體宿舍的耗能量中，生活熱水是僅次于空調的耗能大戶，如何正確選擇和優化熱源，對賓館、飯店、集體宿舍的節能指標很重要。
　　太陽能是太陽內部連續不斷核聚變反應過程中產生的能量，是人類賴以生存和發展的能源，太陽能熱水系統就是通過太陽能集熱器高效地吸收太陽輻射能，直接轉換為熱能對水進行加熱的產品。太陽能是可再生能源，是取之不盡、用之不竭的新能源。
　　集中式熱水系統是以一個單元(或多個單元)為一個循環系統，設置一個總水箱，將若干個集熱器串并聯組成一個大的系統。但是，太陽輻射具有不穩定性和很強的季節性，如陰雨天和晴天，冬天和夏天的集熱器存在得熱差異，單一太陽能熱水系統不能滿足用戶要求，因此，配置輔助熱源是必要的。技術合理、經濟效益和環保效益明顯的輔助熱源方案能以最低的代價向系統補熱。太陽能熱水系統對輔助熱源的要求包括以下幾點：一是自動化，不需要專人管理操作；二是安全可靠、高效率和運行經濟性；三是環保。針對于這三點，空氣源熱泵很好地符合了這些要求，本文將空氣源熱泵技術和太陽能技術相結合應用于以武漢為代表的中亞熱帶北緣濕潤季風氣候區冬季低溫時間的研究。
　　2武漢當地地理氣象資料及工程概況
　　武漢市屬于中亞熱帶北緣濕潤季風氣候區。光能資源：年平均太陽能總輻射量為105～113kcal/cm2（均值為109kcal/cm2），年日照時間為1850～2119h。
　　處于地球的N,E，年平均自來水溫度為20℃。當地安裝太陽能熱水器，每天每m3可產熱水90kg。武漢市某公司園區員工宿舍區用熱水人數為34400人，每人每天用熱水定額為45kg，熱水使用溫度為55℃。（每天日用熱水總量為1548t/d）武漢地區全年晴天天約為250d（即太陽能熱水系統的有效利用天數在250d左右），剩余的115d里（其中有約55d需完全靠熱泵進行加熱，60d中太陽能與熱泵加熱約各占1/2）。在晴天里完全可由太陽能集熱器提供熱水,每天要供34400人使用熱水共1548t（即1548000kg/d），熱水使用溫度55℃。則需配備太陽能集熱器面積為：
　　3太陽能熱水系統產熱量計算及常用幾種輔助加熱設備產熱計算
　　3.1按照設計方案，設水溫為20℃，使用熱水水溫55℃，17200m2的集熱面積在普通晴天里，太陽能熱水系統每天可產熱水17200（m2）×90（㎏/m2）=1548000（㎏）
　　3.2采用太陽能+熱泵中央熱水系統
　　冬春季陰雨天水溫不夠高，設計空氣源熱泵輔助加熱系統，可以根據用水量和用水溫度，若完全采用熱泵輔助加熱裝置加熱，生產1548000kg的55℃熱水，日需耗電量為(電發熱值為860大卡/度，空氣源熱泵年平均能效比為4.35)：
　　
　　根據設計方案，須要輔助加熱的115d中大約有55d陰雨天要以空氣源熱泵加熱為主，60天要短時間熱泵加熱輔助(每天的1/2)。
　　55(d)×14483(kwh/d)＝796565(kwh)（1）
　　60(d)×14483(kwh/d)×1/2＝434490(kwh)（2）
　　結合（1）和（2），全年耗電量為：796565(kwh)+434490(kwh)＝1231055(kwh)
　　3.3采用燃氣爐輔助加熱運行分析
　　3.3.1、采用燃氣爐輔助加熱運行分析
　　采用燃氣爐加熱,每天生產1548000kg的55℃熱水,則每天耗氣量為(管道煤氣燃燒值為3800大卡/m3燃氣爐的熱效率為90%)：
　　[1548000(㎏)×(55-20)℃]÷[3800(大卡/m3)×90%]≈15842（m3/d)
　　根據設計方案，須要輔助加熱的115d中大約有55d陰雨天要以燃氣爐加熱為主,60d要短時間燃氣爐加熱輔助(每天的1/2),則全年采用燃氣爐輔助加熱需耗氣量為：
　　55(d)×15842(m3/d)=871310(m3)（3）
　　60(d)×15842(m3/d)×1/2=475260(m3)（4）
　　結合（3）和（4），每年需要耗氣量為:871310+475260=1346570m3
　　3.4采用燃油爐輔助加熱運行分析
　　3.4.1、采用燃油爐輔助加熱運行分析
　　采用燃油爐系統輔助加熱,每天生產1548000kg55℃的熱水,則每天耗油量為(柴油發熱值為10200大卡/㎏；燃油爐的熱效率為80%):
　　[1548000(㎏)×(55-20)℃]÷[10200(kcal/㎏)×80%]≈6640(㎏/d)≈7821(l/d)
　　根據設計方案，須要輔助加熱的115d中大約有55d陰雨天要以燃油爐加熱為主,60d要短時間燃油爐加熱輔助(每天的1/2)。
　　則全年采用燃油爐輔助加熱需耗油量為：
　　55(d)×7821(l/d)=430155(5)
　　60(d)×7821(l/d)×1/2=234630(6)
　　結合（5）和（6），每年需要耗油量為430155+234630=664785
　　3.5采用純電加熱
　　若完全采用純電鍋爐加熱，把年平均20℃的自來水加熱至55℃，滿足1548000㎏熱水的需要，日需耗電量為(電發熱值為860大卡/度,電鍋爐熱效率為95%)：
　　
　　則采用純電鍋爐進行加熱，每年需要耗電：
　　4常用幾種輔助熱源方案經濟性對比分析
　　方案一：采用太陽能+熱泵熱水系統年耗電所需費用為(電費按0.64元/度計)
　　1231055(kwh)×0.64（元/kwh）＝787875(元/年)
　　方案二：采用太陽能+燃氣爐加熱，全年需耗氣所需費用為(管道煤氣單價為3.28元/m3的計算)
　　1346570(m3/年）×3.28元/m3≈4416750(元/年)
　　方案三：采用太陽能+燃油爐加熱，全年需耗油所需費用為(柴油單價為6元/l的值計算)
　　664785(l/年）×6元/m3≈3988710(元/年)
　　方案四：采用太陽能+電鍋爐進行加熱，每年需要電費為(電費按0.64元/度計)
　　
　　通過以上各輔助熱源方案費用計算與太陽能組合得出以下結論，如表1，不難看出使用太陽能+熱泵中央熱水系統是最經濟與可行。
　　 太陽能+熱泵熱水系統 太陽能+燃氣爐熱水系統 太陽能+燃油爐
　　熱水系統 純電加熱熱水系統
　　年運行費用（元） 787875.00 4416750.00 3988710.00 15491418.00
　　
　　表1年運行費用對比分析一覽表
　　5系統環保性測算分析
　　采用太陽能+熱泵中央熱水系統每年可減排約10526.3226噸，分析如下：如果將1噸20℃的水加熱至55℃，則需吸收熱量
　　
　　其中，C：水的比熱，；m：質量，kg；：溫差，
　　純碳的發熱值（指在完全燃燒的情況下）
　　則將1t15水加熱至55需耗純碳
　　其中m：純碳的質量；kg：同上；：煤炭爐的熱效率，取值為85%
　　從化學角度上分析：1mol純碳在完全燃燒的情況下可產生1mol，則5.8kg純碳在完全燃燒的情況下可產生kg
　　
　　其中，：碳質量，kg；：碳的摩爾質量，g/mol；：的摩爾質量，g/mol
　　所以每天將1548t水從20加熱到55可減排：
　　則每年可減排：28839.24kg×365d=10526322.6kg≈10526.3226t
　　通過以上計算分析足見太陽能+熱泵中央熱水系統大大的減少了溫室氣體的排放，環保效益明顯。
　　6結論
　　6.1根據以上能耗分析和環保分析，說明安裝太陽能+熱泵中央熱水系統是最佳的選擇。既解決了人們擔心的問題，保證了正常供應熱水及熱水質量，還可以大量地節約資源，不但降低運行費用成本，減少溫室氣體排放，達到真正高效節能、安全環保，又響應了國家現階段提倡的節能減排，特別是減少排放CO2溫室氣體，綠色消費的要求，同時也符合了大力發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型社會的要求。
　　6.2太陽能+熱泵中央熱水系統在實際運行過程中，如果當地有谷價電的優惠，則環保節能將更加明顯。