关于多能源热水器的探讨

广东万和电气有限公司 ■ 夏道明

0 引言

随着社会经济的飞速发展，热水器的种类在不断推陈出新。随着人们对生活热水需求的提高，不同类型的家用热水器产品纷纷在市场上出现。从最初的电、燃气热水器到现在的太阳能、空气源热泵热水器，家用热水器的发展可谓突飞猛进。

经济的飞速发展伴随的是常规能源的日益消耗，从1997年的《京都议定书》到2009年《联合国气候变化框架公约》，充分说明了常规能源的肆意消耗给全球气候带来的严重影响。伴随着能源危机的日益加剧，电、燃气热水器的不足之处逐渐显露出来。

“低碳环保”、“节能减排”逐渐成为人们选择家电的标准，因此，环保、节能的热水方案应运而生。多能源热水器是一种融合各类型热水器优势的产品，也是将来热水器重要的发展趋势。通过不同能源类型的组合，从而将节能、舒适、安装、使用方便性更好地结合起来。

1 多能源热水器的组成和工作原理

本文所提到的多能源热水器是指太阳能与热泵、太阳能与燃气、太阳能与电热这种将两种能源通过合理结合、优势互补，实现经济节能、低碳环保的新型家用热水器产品。太阳能与热泵(燃气、电热)相结合的多能源热水器主要由太阳能集热器、太阳能工作站、热泵(燃气热水器)、智能控制器、保温水箱(带电辅助加热)以及循环管路、支架等设备构成。

太阳能集热器作为系统的主要集热元件将吸收的太阳能转化为热能，并通过换热管路传递给水箱中的水，热量的运输主要靠太阳能工作站的启动和关闭来实现。使用热泵(燃气、电热)作为系统的辅助能源，即在连续阴雨天或太阳能辐照量不足以满足用户热水需要时，启动热泵(燃气、电热)进行辅助加热。系统可根据用户的需求智能化运行，无需值守、全天候供应热水。

多能源热水器的运行原理图如图1所示。

图1 多能源热水器运行原理图

1.1 集热循环

当T1-T2≥设定温度时，太阳能工作站启动，将太阳能集热器吸收的热量通过换热管置换储水箱中的水，使水箱中的水升温；当储水箱温度T2达到用户设定的用水温度时，太阳能工作站停止工作，集热循环完成。

1.2 预约加热循环

在设定的时间点，测得储水箱水温T2低于设定温度时，热泵(燃气、电热)启动进行加热，使储水箱中的水升温，达到用户设定的用水温度时停止。

1.3 智能加热循环

在设定时间段内，检测储水箱水温T2低于设定温度时，热泵(燃气、电热)启动进行加热，使储水箱中的水升温，达到用户设定的用水温度时停止。

储水箱为承压水箱，用水采用顶水的方式运行，水压等同于自来水或用水增压泵的压力。

太阳能作为主要的加热能源，热泵(燃气、电热)作为辅助，不仅解决了太阳能加热受天气辐照影响的问题，而且真正意义上实现了全天候供热水，低碳环保。

多能源热水器不仅是一套产品，更是一套热水方案。作为一个系统，太阳能和热泵(燃气、电热)优势互补，最大程度上实现了绿色环保，经济节能。

2 经济效益分析

假设用户每天的生活热水量为300 L，基础水温为15 ℃，用水温度为60 ℃。

由Q=cm苩可知系统所需总热量为：

根据表1可计算出，加热300 L水所需能源的有效热值为：热泵3.92 kJ/kWh、天燃气1.41 kJ/kWh、电热16.53 kJ/kWh。

表1 各种设备的热效率及输出有效热值

各种热水器的全年运行费用：以杭州地区为例，平均年阴雨天数为145 d，即全部需要热泵(燃气、电热)提供加热辅助的天数。太阳能热水系统集热系统设计循环泵总功率≤500 W，白天工作6 h，其他时间循环泵基本不工作。循环泵靠温差工作，当温差超过8 ℃时工作，一般平均每小时工作2次，每次工作10 min，能源费用0.6 元/kWh，日工作费用：(2×10×6/60)×0.5×0.6=0.6元，合计年费用为132元。

通过以上对比不难发现，在多能源热水器中，采用电加热作为一种辅助能源节能效果不太理想。而我国热泵热水器主要市场位于长江以南，大部分集中在华南和华东地区，这与热泵热水器性能受低温限制有关。与电辅助、热泵这两种能源相比，采用燃气作为一种辅助能源，对于普通家庭来讲，无疑是一款经济实惠型的最佳选择。

通过对比可以看出，多能源热水器大大降低了产品的运行费用。在晴好天气时太阳能作为主要能源为系统提供热量，不需任何常规的辅助能源；在阴雨天时启动热泵(燃气、电热)进行辅助加热，满足用户24 h有热水用。

3 环保效益分析

各种发电方式中，只有火力发电厂是燃烧化石燃料的，产生CO2。

每节约用电1 kWh，就相应节约标准煤0.35 kg，同时减少污染排放 CO20.872 kg、SO20.026 3 kg 、氮氧化物(NOx) 0.013 1 kg、碳粉尘0.238 kg。

由此可根据不同热水器的耗电量推算出相应的污染物排放量。以300 L容量的热水器为例，结合表2，各种热水器全年的排放物排量见表3。由表3可看出，多能源热水器(太阳能与燃气)的年排放量指标最低。

表2 各种热水器的运行费用对比

表3 各种热水器年排量统计

4 总结

多能源热水器的出现顺应了热水器时代的发展潮流，逐步脱离了电、燃气等常规能源的束缚，大大降低了CO2、SO2、NOx、碳粉尘等污染物的排放。

能源消耗的减少意味着能为用户带来更多的经济效益，作为节能环保的新型热水器产品，必将成为更多用户的首选。

[1] 06SS127 热泵热水系统选用与安装[S].

[2] 06SS128太阳能集中热水系统选用与安装[S].