林暉

(泉州師范學(xué)院,福建 泉州 362000)

一、學(xué)生宿舍供熱能耗分析

根據(jù)國家統(tǒng)計局和教育部發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示,全國目前在校大學(xué)生人數(shù)為2695.8萬。學(xué)生宿舍是大學(xué)生生活學(xué)習(xí)場所,人員密度高,用能時間長,在學(xué)生宿舍用能單項統(tǒng)計中,可以發(fā)現(xiàn),熱水供應(yīng)與空調(diào)已經(jīng)成為學(xué)生宿舍的能耗大戶。經(jīng)過對福建省6所高校建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計,并取平均值進(jìn)行繪制各類建筑能耗分布表。從下表中可明顯看出,學(xué)生宿舍的能耗指標(biāo)在校園建筑能耗占比達(dá)到40%,已成為校園建筑能耗的主體。而在學(xué)生宿舍能耗單項統(tǒng)計中,熱水資源能耗占建筑總能耗的比重達(dá)到16%。因此,對學(xué)生宿舍熱水供應(yīng)進(jìn)行節(jié)能改造,對于降低建筑能耗、提高節(jié)能效益能起到立竿見影的效果。

表1 6所高校學(xué)生宿舍能源消耗統(tǒng)計表

表2 6所高校建筑能耗平均占比

表3 學(xué)生宿舍能耗單項統(tǒng)計圖

二、幾種常見的供熱模式

目前,高校學(xué)生宿舍主要采用的供熱方式有下面幾種：分體電熱水器供熱、太陽能供熱、空氣源熱泵供熱、太陽能+電輔助加熱、空氣源熱泵+太陽能供熱系統(tǒng)、鍋爐式集中供熱（澡堂）等。各高校供熱模式因地域氣候不同,采用的方式也不同,由于大部分高校宿舍均設(shè)置獨立浴室,因此選擇幾種常見的供熱模式進(jìn)行分析。

（一）分體電熱水器供熱

分體電熱水器供熱在南方學(xué)校較為常見,機器采用兩根電熱棒加熱,優(yōu)點在于熱水供應(yīng)穩(wěn)定,安裝便利,采購程序簡單,維修保養(yǎng)簡單等；缺點在于使用年限長后存在安全隱患、能耗高,熱水儲水量小,維修管理工作量大等。

（二）太陽能供熱

太陽能供熱較常見于日照時間長的地區(qū),通過太陽能收集裝置將太陽輻射收集起來,再通過相互作用轉(zhuǎn)換為熱能,現(xiàn)在主要用于集中式澡堂。優(yōu)點在于能耗成本極低、節(jié)能效果顯著,缺點在于集熱率低、受天氣及建筑立面影響大、熱水供應(yīng)穩(wěn)定性差等。

（三）空氣源熱泵供熱

空氣源熱泵最早用于南方地區(qū),它根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理,機組以少量電能為驅(qū)動力,以制冷劑為載體,源源不斷地吸收空氣或自然環(huán)境中難以利用的低品位熱能（-5℃～43℃）,轉(zhuǎn)化為高品位熱能（80℃）,實現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿霓D(zhuǎn)移,隨著技術(shù)革新,因其節(jié)能高效逐漸在全國范圍內(nèi)普及。優(yōu)點在于能耗成本低、適用范圍廣、安全性能好、使用壽命長等；缺點在于加熱速度慢,供熱穩(wěn)定性易受外界極端天氣因素影響,價格較高、體積較大占用面積等。

（四）空氣源熱泵+太陽能供熱系統(tǒng)

空氣源+太陽能+電能的綜合集熱供熱系統(tǒng)屬于節(jié)能新技術(shù)推廣,優(yōu)點在于取長補短,優(yōu)勢互補,使得節(jié)能率更高、供熱穩(wěn)定性更強、自動化程度更高；缺點在于價格昂貴,維修保養(yǎng)成本高。

三、效益分析

根據(jù)水的比熱值,1公斤水的溫度升高1℃或降低1℃需要吸收4187焦耳或釋放4187焦耳熱量,則1噸水（1000公斤）溫度從15℃升高到55℃（溫度差40℃）所需要吸收熱量：

Q=mqrC(tr-ti)ρr/4187J/kcal=1000kg×4187J/kg℃×(55℃-15℃)×1kg/L÷4187J/kcal=40000 大卡

因此,分別測算各種供熱模式加熱1噸水的單位成本如附表1。

從附表1中可以看出,空氣能+太陽能+電能加熱1噸水的單位成本最低,其次是空氣源熱泵及太陽能+電熱輔助,而電熱水器單位成本最高,能耗是其他供熱模式的3倍以上。繼續(xù)測算這幾種供熱模式的投入成本,以測算其投入及產(chǎn)出比。通過匯總政府招標(biāo)采購網(wǎng)中幾種供熱設(shè)備的采購價格,按照2000m2建筑面積、入住學(xué)生人數(shù)3000人、熱水出水口500個來折合計算單位面積加熱所需投入設(shè)備的成本如表4：

表4 各種供熱模式設(shè)備成本

從上述表中分析,單位面積供熱需投入的設(shè)備成本以分戶式電熱水器最低,空氣能+太陽能集中供熱系統(tǒng)最高,然而節(jié)能效率卻與之相反。綜合投入與產(chǎn)出比,按照產(chǎn)品壽命周期十年來測算,空氣源熱泵+太陽能集中加熱還是制熱成本最低的方案。

四、具體案例分析

結(jié)合某高校學(xué)生宿舍供熱節(jié)能改造工作的實例,對學(xué)生宿舍供熱模式的選擇進(jìn)行實例驗證。某高校位于福建省,學(xué)生宿舍總建筑面積為75389.6 m2,共設(shè)39棟學(xué)生宿舍,住宿生人數(shù)為14722名。福建省氣候?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候,熱量豐富,全省70%的區(qū)域≥10℃的氣溫在5000-7600℃,雨量充沛,光照充足,年平均氣溫17-21℃。該校學(xué)生宿舍以前采用的是分戶式電熱水器供熱模式,2017年啟動了學(xué)生宿舍供熱模式節(jié)能改造,將分戶式電熱水器供熱改為空氣源熱水泵+太陽能+電能的綜合集中供熱模式。該模式采用雙水箱恒溫恒壓集熱供熱,優(yōu)先采用太陽能收集并儲存熱量,熱量不足時優(yōu)先采用空氣源輔助加熱,在極不利環(huán)境條件時采用電加熱輔助,保證熱水24小供應(yīng),每棟樓分別設(shè)計一套獨立集熱供熱系統(tǒng)。

經(jīng)過一年多的運行,綜合供熱模式改造后,優(yōu)點在于供水水溫恒定,供水壓力恒定,供熱系統(tǒng)控制全智能化,采用24小時無人值守運行模式,減少管理的繁瑣與人為的操作,全校熱水系統(tǒng)配置熱水控制網(wǎng)絡(luò)終端,通過電腦、手機可隨時了解、掌握系統(tǒng)的運行情況,做到管理便捷、維護(hù)方便。校方可隨時了解節(jié)能情況及熱水使用情況。通過與2016年學(xué)生宿舍的能耗同期對比,綜合供熱模式改造后,單棟宿舍樓的節(jié)能減排效益如下：

圖1 綜合集熱統(tǒng)運行原理圖

表6 單棟宿舍太陽能年平均減排量

表7 單棟宿舍空氣能年平均減排量

無論從投資還是實際節(jié)能效果來講,對于像學(xué)生宿舍這種集中用水特點突出的建筑群體,空氣源熱泵+太陽能+電能都是綜合制熱成本最低的方案。

通過對學(xué)生宿舍生活熱水方案的比較分析,測算出在現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)節(jié)能的制熱方案。學(xué)生的生活熱水能耗占據(jù)了學(xué)校大部分能耗,選擇節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)的供熱模式,對于高校開源節(jié)流,提升內(nèi)涵建設(shè),構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的節(jié)約型校園意義重大,是每位高校節(jié)能管理者必須深思熟慮的第一要務(wù)。

附表1 各種供熱模式設(shè)備成本