空气源热泵辅助加热太阳能热水系统热经济分析

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1、第29卷第11期河南科学Vol.29No.112011年11月HENANSCIENCENov.2011文章编号：1004-3918（2011）11-1357-05空气源热泵辅助加热太阳能热水系统热经济分析12311岳峰，郝利民，李士瑄，杨树华，杨延涛（1.河南省生物质能源重点实验室，郑州450008；2．河南省科学院地理研究所，郑州450052；3．汝州市住房和城乡建设局，河南汝州467500）摘要：基于郑州市典型气象，对空气源热泵辅助加热太阳能热水系统试验，利用热经济学方法对该系统进行了分析，结果表明在电价为0．56元/kWh时，

2、系统的输出用成本随辐射量减少而增加，输出用成本为0．3～0．7元/kWh，平均值为0．46元/kWh，明显低于电价，具有经济可行性.同时对影响平均输出用成本的因素进行了敏感性分析，认为太阳辐射量是最主要的因素，其次为环境温度，空气源热泵辅助加热太阳能热水系统初投资费用的影响最小.关键词：空气源热泵；太阳能热水系统；热经济性；用成本中图分类号：TK6文献标识码：A太阳能总量巨大、绿色环保，目前，太阳能的利用愈来愈广泛，其中太阳能热水器被认为是最普遍最实用的太阳能利用设备.但常规太阳能热水器易受气候的影响，在阴雨天或春秋季，太阳辐射能热

3、量较少，较[1]难满足热水量的需求，不能全天候使用，影响了太阳能热水器的推广应用.热泵仅消耗少量的电能可以将数倍低温热能通过压缩机的压缩变为高温热能.因此将热泵技术与太阳能热水系统有机地结合起来，可弥补后者的不足，实现高效、全天候运行，但同时也增加了太阳能热水器初装费和运行成本.本文利用热经济性对空气源热泵辅助式太阳能热水系统进行评价，结合平均输出●成本把资金和能源利用率合二为一，对空[2]气源热泵辅助加热太阳能热水系统提供生活热水的经济性进行综合评价.1空气源热泵辅助式太阳能热水系统结构及运行模式空气源热泵辅助加热太阳能热水系统主

4、要由太阳能热水子系统、空气源热泵机组、[3]热水箱及水阀构成，系统组成如图1所示.循环水泵根据集热器进出口循环水的温差由1个温差控制器进行控制，其运行与空气源热泵机组无关.太阳能热水子系统产生的热水蓄存于热水箱1中.3个水阀（V1、V2与V3）由1个可编程逻辑控制器PLC控制.当热水箱1中上部的水温高于50℃时，V2开启，V1、V3关闭，太阳能热水子系统直接向图1空气源热泵辅助加热太阳能热水系统Fig．1Solarenergywaterheatingsysteminconjunctionwithair用户供生活热水，空气源热泵辅助加

5、热太阳能sourceheatpump（SEWHSASHP）热水系统以常规的太阳能热水器模式运行.当热水箱1中上部的水温低于45℃时，V2关闭，V1、V3开启，太阳能热水子系统产生的低温热水进入热水箱2，由空气源热泵机组进一步加热.空气源热泵机组同样由可编程逻辑控制器PLC控制，空气源热泵机组的运行[4]台数根据热水箱2中上部的水温进行确定.在实际运行过程中，热水箱2中上部的水温控制在48～55℃.2热经济分析基本方法2．1热经济分析模型从热经济学角度可将能量系统中的各项物质、能量及经济值看作是在系统中流动的流.物流、能流、●收稿日期

6、:2011-08-12作者简介:岳峰（1968－），男，河南南阳人，高级工程师，从事生物质及节能技术的研究工作.-1358-河南科学第29卷第11期流及现金流都是按照一定方向流动的，其中现金流总是与能流或●流方向相反.当系统中某一子系统向另一子系统输出一定量的●流时，它总是从后一子系统获得相应量的现金流，进而在子系统之间进行交换，从[5]而维持着各股流之间的平衡.如用数学表达式来描述它们之间的关系，其平衡式为：物质平衡方程式：ΣMin-ΣMout=△M，（1）●平衡方程式：ΣEin-ΣEout-ΣIi=△E，（2）能量平衡方程式：（

7、ΣQin-ΣQout）+（ΣHin-ΣHout）+（ΣWin-ΣWout）=△Q，（3）现金平衡方程式：ΣJout-ΣJin=PL，（4）在式（1）～（4）中，M为质量流，kg/s；E为●流，kJ/s；Q为能流，kJ/s；H为焓，kJ/s；W为功，kJ/s；J为资金，元；PL为盈利或亏损，元；ΣIi为系统各部件●损之和，kJ/s；△为系统存贮量.设用能系统i有e股输入●流，s股输出●流，其非能量费用（如等值年运行费用、维护费用等）为Zi，cin，k和cout，j分别为输入●流和输出●流的●成本单价，Ein，k和Eout，j分别为输入

8、和输出●流的●值，则该子系统的现金平衡式为：esΣcin，kEin，k+Zi=Σcout，jEout，j.（5）图2能量系统热经济分析模型k=1j=1Fig．2Thermaleconomicanalysismodelofenergys