文_陈树文 湖南城建职业技术学院

坚持节约资源和保护环境，是从源头上扭转生态环境恶化趋势实现生态文明的重要手段。节约能源，应提高能源的使用效率，高校应充分发挥在节能减排工作中的示范和带动作用，为人民创造良好生产生活环境，为全球生态环境作出贡献。

随着社会的发展，高校的规模扩张，学生人数的增加，高校学生的生活热水量需求大增。目前我国校园能耗占社会总能耗的8%。全国大学生人均能耗、水耗分别是全国居民人均能耗的4倍和2倍。据调查夏热冬冷地区的13所高校发现，学生平均能耗为全国人均能耗的2倍左右，其中最高的达4倍之多，可见高校建筑能耗存在较大的节能潜力。因此，如何合理利用可再生能源，减少环境污染，减少能源消耗成为高校校园生活热水供应值得重点关注的问题，这对高校的节能减排乃至整个国家的节能减排目标的实现，将会起到积极的促进作用。

1 高校生活热水供应现状与要求

通过调研，当前湖南地区高校的生活热水供应系统存在以下特点：

①每个学校都建有澡堂，同时每个宿舍亦有洗澡喷头及洗脸盆。学生平时的洗漱基本上在宿舍进行，而洗澡则可以在澡堂也可以在宿舍。据调研，由于大部分学校学生选择在宿舍洗澡。

②各高校的卫生热水供应为定时供应方式，供水时段为早上6：30～8：00，中午12：00～14：00，晚上则为17：30～23：30。

③生活热水的制取采用集中+局部的混合方式。每个学校都有集中制取生活热水的设备，加热设备有燃气锅炉房、空气源热泵热水系统、电加热系统等等，这些设备制取的生活热水一般只供应澡堂。80%的学生宿舍无集中供热水，宿舍一般采用电热水器制取生活热水的形式。如湖南某985高校，其学生宿舍的卫生热水供应，全部采用小型的电热水器。

④学生在澡堂洗澡时须插卡用水，按用水量收费。学生在宿舍用水时，如宿舍是集中供热水，则需插IC卡取水；无集中供热水时，由于宿舍的生活热水采用电热水器制备，所以直接按耗电量收取费用。

⑤各校在集中制取生活热水时，各季节制取的生活热水量一致。

显然，从上述调研可以看出，使用高能耗设备如电热水器且无节能措施是卫生热水能耗居高不下的主要原因。

2 高校生活热水供应系统选择

2.1 湖南地区气候特点

湖南地处长江以南，属亚热带大陆性季风气候类型，为典型的冬冷夏热地区，冬寒夏热，四季分明；春秋短促，冬夏绵长。以长沙为例，长沙地区夏季约118～127d，冬季117～122d，春季61～64d，秋季59～69d。年平均气温16.8～17.2℃；夏季日平均气温在30℃以上有85d；全年以1月最冷，月平均为4.4～5.1℃，极端低温-11.3℃。长沙地区各月太阳总辐射量数据见表1，累计全年的太阳总辐射量为3853.9MJ/m2，年平均日太阳能辐射量为10.55MJ/m2，年平均日照数3.22h/d。

2.2 目前生活热水集中供应系统分析

2.2.1 电热锅炉

电热是一种以电能为能源制备热水的热水器，它采用加热管直接加热的方式，将电能转化为热能。该设备简单可靠，初投资低。但是耗电量大，运行成本高，用户的电力设备投资也比较高。

2.2.2 空气源热泵热水器

空气源热泵热水系统采用逆卡诺循环原理，以空气为低温热源，利用少量的电能做功从低温侧吸收热量来加热生活用水。它是一种高效节能且环保的设备。空气源热泵系统在湖南地区能效比（COP）可达2.5～3.0，具有运行能效高、运行费低的特点。但在环境温度较低的情况下需要开启辅助加热设备方可满足要求，另外系统的初投资也比较高。

2.2.3 太阳能热水器

太阳能热水器是利用集热管收集太阳能制取生活热水的装置，无污染，既环保，又能满足人们的用热需求，且技术非常成熟。但初投资高，且需要安装太阳能集热器，占地面大。但在太阳能集热系统接收的辐射能较低时，需要通过辅助加热系统加强制热效果。

2.2.4 燃气或燃油锅炉

燃气锅炉制取生活热水是一种传统的制热方式，系统简单，且制热效果不受环境的变化而影响，稳定可靠，运行费用较低。但需要有天然气源且需要一定的天然气初装费，是辅助热源的选择。

2.3 制热设备的主要技术与经济比较、分析（见表2）

从表2分析可以看出，太阳能热水器由于不要消耗任何能源，效率高，运行费用极低；但是初投资较大。湖南省属亚热带大陆性季风气候类型，年平均日太阳能辐射量较好，具备使用太阳能热水器的条件。太阳能热水系统在初投资可以保证的前提下，是生活热水供应系统的有效选择。

在选择辅助加热装置时，如从运行成本角度考虑，可以采用空气源热泵热水器；考虑到空气热源在环境温度较低时，制热量会产生衰减，从可靠性方面考虑，并且如项目所在城市的天然气的供应可靠，如湖南省的绝大部分地级市，则建议采用燃气锅炉。如所在城市天然气的供应存在问题，如湖南省的县级城市和偏远地区的城市，则可以考虑采用电加热系统作为辅助热源。

2.4 推荐采用的生活热水供应系统技术实现路径

简要介绍太阳能热水器+燃气锅炉的系统形式。

2.4.1 太阳能+燃气锅炉系统的工作原理

图1为太阳能+燃气锅炉制取卫生热水的系统原理图。该系统在太阳能集热器接收到的太阳能辐射热能满足制备符合要求的卫生热水量，采用太阳能制取生活热水，如太阳能集热器接收到的辐射热低于制取足量的生活热水时，或制取的生活热水温度不能满足供水系统的需要时，需开启燃气锅炉补充制热。

表1 长沙地区各月太阳总辐射量

表2 各种类型生活热水供应设备技术特点分析表

图1 太阳能+燃气锅炉系统原理图

考虑到高校的用水时间与用水量的变化，在系统设计时注意以下原则：

①由于一般高校的用水高峰主要处于早上、中午与晚上三个时间段，如采用即热设备制取热水满足需要，则制热设备会非常大，初投资与很高。因此，建议系统中设置相应数量的蓄热水箱，利用制热设备在每天的大部分时间段连续运行以制取生活热水并储存在蓄热水箱以备使用。

②由于不同季节的天气变化，导致生活热水的用水量处于不断的变化中。因此，建议采用变频供水系统，满足不同时段的供水量变化。同时，增加天气跟踪系统，及时灵活调整每天的生活热水制取量，以需定产，减少能源消耗，降低运行费用。

③增加能源管理系统，防止浪费。学生用水必须插IC卡取水。

2.4.2 太阳能+燃气锅炉的控制

太阳能集热系统的控制需要考虑大系统所有可能的运行模式，如集热、放热、停电保护、防冻保护、辅助加热、过热保护和排水等。控制系统要遵循简单可靠的原则，选择可靠的控制器和传感器。为保证生活热水的供水温度，其运行的控制建议采用定温控制，供水温度设定为55～60℃。主要控制内容包括补水装置、太阳能温差循环控制、防冻排空装置、太阳能集热器与水箱温度传感装置、定温辅助加热控制、防干烧及锅炉保护装置（保证锅炉安全）、变频定时供热水装置（保证供水稳定）、定时定温回水控制等。

2.5 节能效益分析

太阳能具有明显的经济效益。以长沙地区某高校为例，该校有学生约10000人，计算得到春秋两季每天需要卫生热水量为400t，其运行费用对比见表3。

表3 不同设备类型下的运行费用一览表

按上述计算，每年可以节约的电费是非常可观的。作为可再生能源，太阳能热水系统获得了良好的社会效益。太阳能热水系统无污染、无噪声、无废物废气排放，具有重要的环境效益。

3 结语

太阳能制热+燃气锅炉辅助加热的生活热水供应系统的节能效益是非常显著的。考虑到湖南的气候与太阳能辐射量，太阳能制热+燃气锅炉辅助加热的生活热水供应系统是湖南高校适宜的节能型生活热水供应系统。该系统在太阳能辐射强度满足要求时可以利用太阳能制取生活热水；在日照不足时采用燃气锅炉补充制热量，系统稳定可靠且节能。在系统设计与使用时，应同时加装制热量控制系统，以灵活调节制取的生活热水量以满足不同季节、不同时段的生活热水量变化。该系统通过实例应用显示，节能效益明显，且同时取得了较好的经济效益与社会效益。