民用热水系统节能措施探讨

1、前言

我国“十一五”规划纲要提出“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。民用卫生热水是耗能最大的领域之一，对其节能减排已迫不容缓，其节能措施可以从如下几方面进行探讨。

2、主设备节能

目前，制备卫生热水的主要设备可分为：1）锅炉，包括电锅炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉。2）太阳能。3）热泵。表1是各种制热设备运行费用对比。

表1：制备10000千卡热量所需费用

	电锅炉	燃煤锅炉	燃油锅炉	燃气锅炉	太阳能	热泵
单价	1元/度	0.5元/公斤	5元/公斤	6.5元/公斤	1元/度	1元/度
热值	860千卡/度	5000千卡/公斤	10200千卡/公斤	10800千卡/公斤	860千卡/度	860千卡/度
热效率	0.9	0.6	0.65	0.7	不定	4
运行费用	12.91元	1.67元	7.54元	8.60元	不定	2.91元

燃煤锅炉会产生400℃以上高温烟气造成热量的大量浪费，同时排出的CO₂ 、SO₂、烟尘等有毒有害气体严重地污染环境。据资料显示：工业锅炉每燃烧一吨标准煤，就产生二氧化碳2620公斤，二氧化硫8.5公斤，氮氧化物7.4公斤，因此燃煤锅炉排放废气成为大气的主要污染源之一。燃油、燃气锅炉同样会产生有毒有害气体污染环境，而且这些能源属于不可再生资源。太阳能是一个不错的免费清洁能源，但受气候影响较大，一般需加电辅加热器，因此对太阳能的利用仍有待进一步研究。相比之下，热泵热水器则兼具环保、节能、利用可再生能源的优点，而且设备已比较成熟，是制备卫生热水的首选，特别是对于长江流域及以南广大地区，如果能进一步降低设备成本的话，可大力给以推广应用。

3、水泵节能

水泵在中央热水系统中是不可缺少的输送设备。对水泵的合理选用是节能的主要途径之一。水泵节能可实现节能5~ 10％，主要包括：1）选取效率高的水泵；2）精确计算系统输送负荷，选取恰当的水泵功率和型号，避免过大余量或水泵失效；3）采用变频水泵或多级调节方式，使系统在部分负荷下得以节能。

4、管路节能

管路节能包括：1）设计合理的管路：避免管路复杂、不合理的拐弯和连接等，从而尽可能减少管路阻力和散热；2）选取合理的管径：综合考虑成本、阻力、流量，选取最优管径；3）选用节能保温材料和管材等。

管路节能可实现节能4~ 8％。

5、水箱节能

目前保温水箱在热水系统中的节能作用还没有引起足够的重视，而其节能作用是不容忽视甚至惊人的。

水箱采用聚氨酯发泡保温是比较节能的措施之一，它能阻断箱体与外界的对流换热损失。市场上常规保温水箱箱体与外界的对流换热损失所造成的日温降一般为3℃~8℃，广州市集木蓄能技术开发有限公司的节能保温水箱该项日温降不到1.0℃。但市场上许多保温水箱却忽略了水箱本身结构上的缺陷而产生的额外热损失。这些额外热损失甚至使水箱日温降达到11.3℃。这些额外热损失包括：

1）溢流孔直接与外界相通，水箱上部空气与外界空气会因此形成很强的对流换热，造成的热量损失约为15%，由此造成的日温降达到6.8℃——（1）

2）从溢流孔以上的空间会有较多的水蒸汽，由于维修孔与水箱内胆密封不严密，因而水蒸汽会渗透进入保温层，由此造成的热量损失约为5%。

3）由于箱体密封不严密，箱体外层会有微漏，露天放置时雨水侵入保温层，造成保温效果降低，顶部的平面结构会引起水箱顶部积水，更进一步加强了雨水的渗漏，由此造成的热量损失约为2%。

4）水箱底部与水箱基础接触，因水箱及热水质量引起的箱体底部与基础的接触热阻，由此造成的热量损失约为3%。

2）～4）项所造成的热损失合计约为10%，每天由此造成的水箱额外温降为4.5℃——（2）

（1）+（2）=11.3℃。

广州市集木蓄能技术开发有限公司的节能保温水箱很好地解决了这一问题，它是通过如下措施做到的：

1）箱体结构均采用高频电阻焊，彻底保证箱体严密，保证露天放置时，雨水不能侵入保温层，确保水箱保温良好。

2）顶部坡面结构具有的良好排水性。

3）维修孔采用高频电阻焊工艺制作，进一步保证保温层的严密性，有效防止外部雨水和内部水蒸汽对保温层的破坏。

4）顶部和底部采用承压发泡，一方面有效减小了底部的接触热阻，有效防止了水箱底部的热桥作用，另一方面也使水箱具有更良好的外观。

5）对溢流孔加装单向防对流装置，有效防止了水箱上部空气与外界空气的对流换热，极大地减少了热损失。

通过以上措施使水箱的综合节能达到日总温降不到1.5℃。举一个例子说明节能水箱在热水系统中的节能作用：

如广州某公司员工宿舍，共有2000名员工住宿，日需55℃热水100吨，配备10个10吨集木节能水箱，10台10HP空气源热泵热水机组。由于集木节能水箱保温性能优异，从而使整个系统运行节能36.41％。通过下面分析其节能原因：

1）空气源热泵耗电

10HP空气源热泵制热量为35kW，年平均COP=4.0，初始水温为10℃

日运行时间=100吨×（55℃-10℃）×1.163÷（35kW×10）=15h。

空气源热泵日耗电=35kW÷4.0×10×15h=1312.5kW.h

2）水泵耗电

（1）系统采用10台1.0kW制热循环水泵，制热循环水泵日耗电=1.0kW×10×15h=150kW.h

（2）系统采用5台4kW供水循环水泵，日循环时间共6小时，供水循环水泵日耗电=4kW×5×6h=120kW.h

3）水箱日温降1℃耗电

日损失热量=100吨×1℃×1.163=116.3kW。

相当于2台10HP空气源热泵所需运行时间=116.3kW÷（35kW×2）=1.66h

相当于水箱日耗电=（35kW×2÷4.0+2.0 kW）×1.66h=32.37kW.h

4）节能水箱节能比较

一般水箱实际日温降最高可达19.3℃，日耗电=32.37kW.h×19.3=624.74kW.h

集木节能水箱实际日温降＜1.5℃，日耗电=32.37kW.h×1.5=48.56kW.h

节能水箱比常规保温水箱日节电=624.74kW.h-48.56kW.h=576.18kW.h

设热水系统全年运行300天，电费为1元/ kW.h

节能水箱比常规保温水箱每年节省运行费=576.18kW.h×300×1元/ kW.h =172854元

节省费用占全年运行费的比率=172854÷［（1312.5+150+120）×300］=36.41％，如不计水泵功耗，则节能比率可达到45％。

由此可见节能水箱在热水系统中的节能作用十分巨大。

6、蓄能节能

由于白天电力紧张，夜间则电力过剩，实施峰谷电价政策，鼓励夜间用电蓄能到白天使用，通过移峰填谷，则可以少建电站，特别是少建火电。热水系统多使用谷电蓄能，少使用燃油燃气等，可起到节约能源，保护环境的目的。

蓄能方式在一些发达国家如德国、美国、日本等已得到广泛使用。为鼓励蓄能的应用，这些国家甚至实施10：1的峰谷电价政策。我国一些地区峰谷电价差已达到4.8：1，而且有进一步拉大趋势。随着煤电联动，电价上升，通过蓄能方式节能更加明显。如夜间谷电为0.24元/度，白天平均电价为0.94元/度，采用全蓄能方式可节约电费74.47％。此外，采用蓄能方式，可使机组连续运行，避免频繁启停，从而使系统运行效率进一步提高。

蓄能要注意的问题是需使蓄能箱内水温达到良好的自然分层。广州市集木蓄能技术开发有限公司开发出一种30~250冷吨时的标准蓄能箱，采用先进的布水技术，使水温自然分层效率接近95％，而且在4米以内高度达到良好分层，从而实现大温差蓄能，大大减少蓄能设备的投资。

7、管理节能

管理节能涉及方方面面，目前比较成熟的技术是通过计算机智能化管理，使系统节能甚至达到20％或更高，包括：

1）减少管理人员和管理劳动强度。

2）实施精确用能，避免不必要的浪费。如一些学校热水系统，实际上绝大部分人员用水时间一天2小时左右，而每天供水循环时间达到6小时以上，使水泵能耗、管网热损等造成很大的浪费。通过时间管理和智能调节，可使其能耗明显降低。

3）系统自诊断和能量核查，使系统保持高效运行。通过智能管理系统及时对系统的运行状况进行诊断分析，当系统设备由于结垢、积尘、老化、损坏等原因造成运行效率降低时，及时给以维护，从而保持系统的高效运行。

    4）实施分户远程自动计费。通过自动分户计费系统，热水计费到户甚至到人，避免热水公用浪费。

广州市集木蓄能技术开发有限公司自行开发的计算机智能化管理系统，由工业计算机、组态软件、PLC可编程控制器、采集系统、执行元件等组成，可靠性、智能化很高，控制灵活，达到节能的理想效果。

8、结束语

民用热水系统节能减排尚有许多潜力可挖，随着国家政策的引导和科技的进步，采用热泵+蓄能+智能化管理方式，在负荷计算、水泵选取、管路设计、水箱节能、水温分层等方面进行精心挖掘，必将得到巨大的节能空间和环保效益，有效实现节能减排的目标。