摘 要：介紹了全壽命周期成本分析的含義及重要性，分析了目前太能能輔助加熱方式的種類及特點，并從工程實例出發(fā)分析了不同加熱方式的全壽命周期成本。指出了在節(jié)能環(huán)保、自主可靠、經(jīng)濟適用的前提下，空氣源熱泵輔助加熱系統(tǒng)的優(yōu)勢。

　　關鍵詞：全壽命周期成本;太陽能熱水系統(tǒng);空氣源熱泵;電加熱

　　中圖分類號：TU822

　　On the Choice of the Auxiliary Heating Mode of Solar Water Heating System

　　WEI Bao-lin1, WEI Kun2, ZHANG Guan-yuan3

　　(1. Engineering Design and Research Institute of General Staff Corps College, Xuzhou 221004,Jiangsu; 2. Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, Yunnan, China; 3.Jiangsu Wenrun Electronic Co. Ltd., Zhenjiang 212110, Jiangsu, China)

　　Abstract：Introduces the meaning and significance of whole life cycle cost analysis, analyzes the types and characteristics of the auxiliary heating mode of solar power currently, analyzes the whole life cycle cost of different heating modes based on engineering examples, and pointed out the advantages of air source heat pump auxiliary heating system on the premise of energy conservation and environmental protection, independence and reliability, and economic applicability.

　　Key Words：Whole life cycle cost; solar water heating system; air source heat pump; electric heating

　　0引言

　　近年來，隨著中國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展,能源緊缺問題愈發(fā)明顯，在夏季用電高峰時拉閘限電或分時供電現(xiàn)象時有發(fā)生，同時隨著油價、煤價的大幅攀升，空氣質量的進一步下降，全社會對綠色環(huán)保可再生能源的利用愈發(fā)關注。而太陽能作為一種綠色可再生能源,其開發(fā)利用的空間、范圍及應用領域越來愈廣。作為最為傳統(tǒng)的在生活熱水供應方面的應用早已是家喻戶曉，并已從單一的家庭使用方式，逐漸的發(fā)展到浴室、賓館、游泳池等公共場所，其經(jīng)濟效益、社會效益均十分明顯。然而眾所周知由于太陽輻射的日夜變化以及受天氣狀況影響很大,因此要確保太陽能熱水系統(tǒng)的正常供水溫度，其輔助加熱裝置(備用熱源)是必不可少的部件。不同的輔助加熱方式對太陽能熱水系統(tǒng)的初期建設成本和投入使用后的運行維護費用有很大的影響。因此本文從全壽命周期成本的角度，結合工程案例談談太陽能輔助加熱方式的選擇[1]。

　　1全生命周期成本、全壽命周期成本分析的含義及重要性

　　全生命周期成本(Life Cycle Cost)簡稱LCC。它的基本涵義就是在滿足可靠性要求的基礎上，整個設備和系統(tǒng)在全壽命周期內擁有的全部成本(Owning Cost)。

　　工程項目的全壽命周期包括項目開始階段、設計階段、采購階段、施工階段、使用階段以及拆除更新階段等。從全壽命周期分析的角度出發(fā)，工程項目的各個階段都存在成本分析的任務。全壽命周期成本分析不僅要分析成本的大小，而且要衡量效益的好壞以及績效的高低。全壽命周期成本分析的目的是全面控制成本，為工程項目提高價值。有關部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，以一般現(xiàn)存30年的建筑為例，施工建設成本、維護成本、運行成本之間的比例關系是1:5:200，這就說明施工建設成本只是項目全壽命周期成本中的很小的部分，使用階段和維護階段的成本遠遠大于施工成本[2]。

　　2太陽能輔助加熱方式的種類

　　目前，常用的太陽能輔助加熱方式有5種：a) 電加熱，很多太陽能熱水系統(tǒng)都采用這種方式;b) 空氣源熱泵加熱;c) 鍋爐蒸汽配套加熱;d) 燃油或燃氣爐配套加熱;e) 采用電磁感應加熱[3]。

　　2.1電加熱器配套加熱

　　在許多實際工程中,由于實際條件的限制,往往采用電作為輔助熱源。電阻式電加熱是目前太陽能熱水系統(tǒng)使用最普遍的一種輔助加熱方式。電加熱方式的優(yōu)點是在建筑物電源功率能夠保證的前提下，建設期加熱設備投資較小、性能可靠。但其缺點是運行費用很高,而且由于需要的電加熱功率很大,電加熱系統(tǒng)運行會對其它用電設備形成較大影響,根據(jù)電功率的大小，有些熱水使用量較大的熱水系統(tǒng)，可能需要增設新的變壓器,敷設專用供電線路，使得額外投資增加。采用電加熱作為輔助熱源,不但會消耗大量的電能,而且對電網(wǎng)的高峰負荷也形成很大壓力。

　　2.2空氣源熱泵配套加熱

　　是近年來新發(fā)展起來的一種太陽能熱水系統(tǒng)輔助加熱方式。實質上熱泵技術是一種新型的節(jié)能制冷供熱技術，長期以來主要應用于建筑物的采暖空調領域。因熱泵制熱在節(jié)能降耗及環(huán)保方面的良好表現(xiàn)，從而在熱水供應系統(tǒng)中也越來越多的采用熱泵設備作為熱源。其中以室外空氣為熱源的空氣源熱泵，結構簡單，不需要專用機房，安裝使用方便，在熱水供應系統(tǒng)方面具有不可替代的優(yōu)勢。空氣源熱泵的工作原理是采用逆卡諾原理(與空調相反的原理)，從低溫空氣中吸收熱量，并把熱量轉移到高溫的水中，實現(xiàn)加熱的過程。具體流程如下：壓縮機把低壓氣態(tài)冷媒吸入，轉化成為高溫高壓的氣體，并推入冷凝器(即水箱換熱盤管)，在節(jié)流閥的作用之下，高溫高壓的氣體在冷凝器中由氣態(tài)冷卻成液態(tài)，同時釋放大量能量。釋放的能量進入水箱中，把水加熱起來了。釋放掉能量并變成液態(tài)的冷媒經(jīng)節(jié)流閥流入蒸發(fā)器(即空氣換熱器)，壓力瞬間降低，液態(tài)的冷媒在低壓環(huán)境下又蒸發(fā)成氣態(tài)，此時吸收大量的熱量。吸收熱量變成氣態(tài)的低壓冷媒被吸入壓縮機，進入下一循環(huán)過程。空氣源熱泵的一個主要缺點就是供熱能力和供熱性能系數(shù)隨著室外氣溫的降低而降低，所以它的使用受到環(huán)境溫度的限制，一般適用于最低溫度-10 ℃以上的地區(qū)。

　　2.3鍋爐蒸汽配套加熱

　　該方式是傳統(tǒng)的獲得熱水的方式，十分方便。缺點是必須配備鍋爐，投資較大。如果附近有熱電廠的蒸汽可以引入，必須和其它工程同步配套進行，否則，一次性建設投資較大，且可靠性較差，受制于人，汽源的穩(wěn)定性難以保證。

　　2.4燃油或燃氣爐配套加熱

　　該方式對煙塵排放要求較高的城市，是供應熱水常用的方式。缺點是建設初期建設投資較大，且隨著油價、燃氣價格的不斷飄升，使用成本太高。而且要有專門的鍋爐房。

　　2.5電磁感應加熱

　　電磁感應加熱技術就是利用電磁感應原理，在螺線管中通入交變的電流，從而產生交變磁場，通過工件切割磁場產生渦流，再利用工件自身的電阻發(fā)熱，來達到加熱效果的。(銅線圈通電后會產磁場，磁場對鋼體材質發(fā)生，從而產生渦流導致發(fā)熱)即：電能轉化為磁能，再轉化為熱能。這種方式它從根本上解決了電熱片、電熱圈等電阻式通過熱傳導方式加熱的效率低下的問題，節(jié)電效率高達40%～80%以上。并且電路與水等介質完全不接觸，不會發(fā)生漏電或著火的危險。缺點是價格太高，對大容量的產品還沒有，其次由于屬于新產品，還未有國家對其制定標準，電磁波加熱時產生的電磁輻射強度沒有通過檢驗。因此不知道其電磁輻射強度有多大，長期使用是否對人體有害。

　　由此可見，較常用的、較可行、較為獨立、較環(huán)保的輔助加熱方式是：電加熱、空氣源熱泵加熱、燃油鍋爐加熱這三種。對于電加熱，其前提是該建筑附近必須有足夠的電源功率能夠取得，按照熱水系統(tǒng)通常的需求值，應按照5KW/每噸水準備，因此對于熱水使用量較大的場所，就難以保證電源功率。而對于空氣源熱泵加熱，由于采用了專門的機組，因此耗電較少，效率較高，通常情況下，1 t水需要空氣源熱泵機組的電功率約1 KW，但是對使用地區(qū)的室外環(huán)境溫度有不低于-10 ℃的要求。燃油鍋爐加熱，是一種在取得電源功率有限制且熱水使用量較大，需要確保有穩(wěn)定熱水供應的場所而采用的一種較好的輔助加熱方式。

　　3工程案例

　　有一建筑面積約3 000m2，擁有50個床位的小型賓館，24 h熱水供應，用水量為10 t，年最低溫度在-10 ℃以上。為節(jié)約能源，減少總投資，采用太陽能熱水系統(tǒng)作為熱水來源，整個太陽能系統(tǒng)集熱管、水箱、管道、水泵等初期建設投資為25×104元，合同運行年限為15年，每年的11月份至來年的3月份，共計5個月需要輔助加熱，那么采用何種輔助加熱方式，比較經(jīng)濟呢?

　　3.1采用電加熱

　　建設成本25×104元，電加熱設備成本0.6×104元，每年運行成本是：電加熱功率50 KW×6 h/d×150 d×0.5813元(當?shù)仉妰r)，即2.66×104元，電加熱器更換費用0.2×104元/a。那么15a的全壽命成本是68.50×104元。

　　3.2采用空氣源熱泵

　　建設成本25×104元，空氣能設備成本4.5×104元，每年運行成本是：空氣能用電費12 KW×6 h/d×150 d×0.5813元(當?shù)仉妰r)，即0.63×104元。那么15年的全壽命成本是38.95×104元。

　　3.3采用燃油鍋爐

　　建設成本25×104元，每年運行成本是：鍋爐折舊2×104元/年，依據(jù)周邊有一類似工程測定的燃油費用70m3/d×150 d×6.5元(當?shù)夭裼蛢r)，即6.83×104元。那么15a的全壽命成本是157.45×104元。

　　4結語

　　由此可見，按照全壽命周期成本分析可以得出：對于初期投資一樣的太陽能熱水系統(tǒng)，其使用運行階段采用不同的輔助加熱方式，其運行費用差異較大。空氣源熱泵輔助加熱方式，對于環(huán)境溫度高于-10 ℃的地區(qū)比較節(jié)能，運行費用較低，優(yōu)勢十分明顯。

　　參考文獻：

　　[1]中國建設工程造價管理協(xié)會編.建設項目全壽命周期成本控制理論與方法[M].北京:中國計劃出版社,2007.

　　[2]齊寶庫.工程項目管理[M].大連:大連理工大學出版社,2007.

　　[3]陳 東,謝繼紅.熱泵技術及其應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.