浅析江淮地区太阳能和空气能联合供暖的经济效益

郭艺丹，陶 欣

(安徽国防科技职业学院机电工程系，安徽六安237011)

江淮地区指位于中国江苏省、安徽省的淮河以南、长江下游一带(包括扬州、泰州、盐城、淮安、合肥等主要城市).江淮地区的气候属于夏热冬冷，且多是湿冷天气，没有集中供暖，当地居民多用电采暖，电采暖价格的昂贵使大多数居民不愿长时间使用，多是分时域、分区域使用，这大大降低了家居的舒适性.

针对江淮地区冬季的湿冷天气、月均日辐射时间长、太阳能普及率高的特点，本项目将太阳能和空气能有效的结合起来，实现联合供热水、供暖系统，来解决江淮地区居民的生活热水和冬季房间供暖问题［1，2］.

1 控制系统原理

太阳能热水器和空气能热水器分别以太阳和空气为热源，因具有绿色、节能、环保、无污染的优点得以推广应用，能够很好地解决人们所面临的能源和环境两大问题［3］.

太阳能和空气能联合供暖系统由太阳能集热器、空气能热泵、储热水箱、电辅助加热、散热器和自动控制系统组成［4］.自动控制系统采用单片机作为闭环控制和整机管理核心，房间供暖系统采用模糊PID双闭环控制原理来实现高可靠性和资源合理分配，即太阳能、空气能和辅助电加热模块采用并联方式，根据供水温度，采用先后顺序开启设备.太阳能和空气能热泵联合供暖装置的结构示意图见图1.

图1 太阳能和空气能热泵联合供暖装置的结构示意图

2 运行成本分析

2.1 电供暖运行成本分析

冬季房间供暖标准设为60W/m2，参考房间面积为15m2，一天按24小时计算该参考房间总需制热量为Q=60×15×24=21600W=21.6kW，按每度电 0.7元计算，江淮地区居民目前的电采暖运行成本约为 Y=21.6×0.7=15.1元.

2.2 太阳能和空气能联合冬季供暖运行成本分析

2.2.1 太阳能运行成本分析

表1 为安徽屯溪(北纬29°43′，东经118°17′)12 个月份的月均日辐照量气象资料.

表1月均日辐照量气象资料

从表1可以看出，12月份和1月份月均日辐射量最低，分别为5.80MJ和6.44MJ，其次是11月份和2月份的日辐射量较低，考虑冬季房间供暖的月份为11月－2月共四个月，采用中科蓝天平板太阳能集热器，集热面积2.0m2.根据公式(1)来计算.

其中，A为太阳能集热面积，J为月均辐照量，η1为集热器集热效率0.65，η2为系统热损失率0.1.由公式(1)可得11月份、12月份、1月份、2月份的系统日得热量分别为:

四个月的总得热量为Q=Q11×30+Q12×31+Q1×31+Q2× 28=1037.296MJ，折算成千瓦时为 Q=1037.296/3.6=288.138kWh，日均得热量为 Q日=288.138kWh/4/30=2.4kWh.

2.2.2 空气能热泵供暖效能分析

将冬季房间供暖标准设为60W/m2，参考房间面积为15m2，一天按24小时计算该参考房间总需制热量为Q=60×15×24=21600W.以采用空气能水循环主机ELKS98H为例，其最大输入功率1250W，制热量为3800W，所需空气能热泵运行时数为房间每天所需的总制热量除以空气能热泵的最大制热量，即:21600/3800=5.68小时，则空气能热泵消耗的电能为 W=1250 ×5.68/1000=7.1 kWh.

将太阳能和空气能联合供暖，平均每天所消耗的电能为W=7.1－2.4=4.7kWh，按每度电 0.7 元计算，则平均每天供暖所需成本为 Y=4.7 ×0.7=3.29 元.

可以看出，上述结果是按照空气能最大制热量和最大功率来计算，当室内温度波动小时，空气能主机不需要开到最大功率.另外，如果考虑用户周一至周五上班，房间没人，可以将空气能热泵关闭8－10个小时，下班后再开启.这意味着每天供暖所需的成本要小于3.29元.不可否认，这个数据是理论计算，实际运行中供暖系统干扰因素较多，因此运行成本需要在调试中进一步实验分析得到.

由表1可以看出，3月份至10月份日辐照量较充足，且房间不需要供暖.阳光充足时，太阳能产生的热水已经能够满足用户使用，如果是晚上和阴雨天气，可通过微处理器自动开启空气能热泵提供热水.太阳能和空气能热泵联合供热、供暖系统的成本较低，安全环保，便于安装调试，适用于普通家庭的需要，也是国家大力推广扶持的《中国住宅阳光计划》，符合新能源的发展方向.

3 结论

根据江淮地区的气候，空气能在室外温度较低时结霜可能性较小，有利于提高空气能的能效比;江淮地区太阳能的应用广泛，在太阳能供热水的基础上进行空气能联合供暖改造成本低，安全、环保，可实施性强.

太阳能和空气能联合供暖系统无污染、安全高效，不仅能健康、舒适的供暖，还能提供热水，让居民舒舒服服过个温暖的冬天.现阶段，江淮地区乃至整个长江流域的供暖问题日益突出，该系统的推广和应用将给江淮地区居民带来福音，同时也可能在建筑行业掀起一场技术革命.

［1］王宏伟，于鑫.太阳能－地源热泵系统供暖模式［J］.沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2013，(3):519－524.

［2］李恩云.浅析太阳能采暖与生活热水系统的技术与经济效益［J］.价值工程，2014，(30):147－148.

［3］余丽霞，付祥钊，肖益民，等.空气源热泵在长江流域的气候适宜性研究［J］.暖通空调，2011，(6):96－99.

［4］楚军田，申连喜.水地暖与电地暖应用对比研究［J］.建筑节能，2014，(11):20－23.