太空水新能源热水设备的研究
何一民
摘要：能源是人类赖以生存的宝贵资源，资源的保护和节约使用，正是人类文明和科技进步的象征。本文介绍一种新型能源设备—太空水新能源热水设备，它将太阳能热水器、空气能热水器、废水能热水器三种热水器进行合理的配制，优势互补，从而可解决目前太阳能热水器、空气能热水器受天气影响无法提供热水及高温生活废水未得到很好的利用的问题。使用此设备，我们就能在日常生活的点滴中大大节省能耗，减少污染。
关键词： 背景 能耗 工作原理 价值
1. 项目背景
1.1 热水使用情况
随着国家经济发展，人民生活水平不断提高，生活热水是人民生活的必须消耗品，生活热水在人民生活中用量越来越大，这里主要包括家庭个人和宾馆客人的热水消耗。
1.1.1 家庭个人，耗热水3.66吨/人/年。全国总量为：20.3亿吨/年。
根据浙江省2008年人口统计，总人口5056万左右，城镇人口2882万左右，按城镇人口的55%的人喜欢洗热水澡，每人三天洗一次，平均每次用热水30升左右，每人每年用热水量是3.66吨，居民生活热水用量一年是5801.5万吨。全国居名热水的使用量，至少扩大35倍，全国年耗热水量为20.3亿吨。
1.1.2宾馆客人，浙江地区耗热水678万吨/年。全国总量为：2.35亿吨/年。
根据浙江省2008年旅游饭店协会和省旅游局的统计，浙江省有各类住宿设施19500多家，客房数70万间，其中星级饭店1030家，客房10万多间。星级饭店中有五星级18家，四星级102家，三星级400家，二星级817家，一星级225家。客房率65%计算，每天有88.4万客人，70%客人要洗澡，平均每人用热水30升，计1.856万吨/天，共为678万吨/年。全国年耗热水量为2.35亿吨。
由此，按照家庭个人和宾馆客人，全国全年耗费热水量为：20.3亿吨+2.35亿吨=22.65亿吨。
1.2 各种设备的总耗能情况
目前，产生热水的设备有电热水器、燃油热水锅炉、太阳能电热水器等，使用的热源为：电、柴油、天然气等。这种设备和热源产生的热水占83.6%。按照全国全年总耗热水22.65亿吨计算，由这些设备和热源产生的总热水量为18.935 亿吨。下面的表格为各设备的能耗对照，见表一。
表一 一年热水耗能对比表（以每吨水15度—60度，所需热能45000大卡）
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热水设备 |
使用热源 |
耗能/吨水 |
热效率 |
总热水量 |
总能耗量 |
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电热水器 |
电 |
53.87度/吨水 |
95% |
18.935亿吨 |
1020亿度 |
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燃油热水锅炉 |
0#柴油 |
5.2公斤/吨水 |
85% |
18.935亿吨 |
984.62万吨 |
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天然气热水锅炉 |
天然气 |
6.45立方/吨水 |
85% |
18.935亿吨 |
122.13亿立方 |
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太阳能电热水器 |
电 |
18.5度/吨 |
291% |
18.935亿吨 |
350.30亿度 |
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空气源热泵热水器 |
电 |
13.45度/吨水 |
400% |
18.935亿吨 |
254.675亿度 |
|
太空水新能源热水设备 |
电 |
5.3度/吨水 |
1000% |
18.935亿吨 |
100.355亿度 |
可以看出：
1.2.1与使用电为热源的设备相比。太空水新能源热水设备，耗费的总电量要大大低于。年节省电量在150亿度到900亿度不等；
1.2.2与使用天然气为热源的设备相比。天然气是一种优质能源，它应该用于几百度或上千度生产领域，不应该为生活，热水只需55度—60度低热领域，其实是一种很大的浪费。从环保低碳经济角度来讲，122.13亿立方天然气去发电，每立方可发电4.5度，可发电549.585亿度电。用太空水新能源热水设备也就节省了相当于450亿度的电；
1.2.3耗能的减少，意味着污染的减少。每年，使用太空水新能源热水设备能减少至少150亿度的电量，将极大地减少二氧化碳排放量。
2. 太空水新能源热水设备工作原理
2.1热能去向
生活热水使用，人用它洗澡，使用后热水热能去向：
2.1.1 是在洗澡时热量从空气中蒸发三分之一；
2.1.2是在洗澡时热水冲在人身上后流入卫生间的废水管内流入市政的废水管网。
2.2太空水新能源热水设备的工作原理
太空水新能源热水设备是一种新型能源设备，该系统包括空气能热水设备、太阳能热水设备、循环水泵、储水装置、用户使用阀门、水管、废水能热量回收设备；废水能热量回收装置包括废水能电磁阀门、废水能热水器、废水池、废水能潜水泵；废水能热水器通过换热将废水的高温转到水箱中以备生活用水使用，本实用新型将太阳能热水器、空气能热水器、废水能热水器三种热水器进行合理的配制，优势互补，从而可解决目前太阳能热水器、空气能热水器有时受天气影响无法提供热水及高温生活废水未得到很好的利用的问题。
2.2.1太阳能热水器
在大自然的气温在+10度以上，晴天有太阳时，用太阳能把水晒热后通过连接管道和水泵把热水储存到热水箱（保温）。
2.2.2废水能热水器。
在气温+10度以下的阴、雨天和夜里就没有热能给水，也就没有热水时，就启动废水能热泵机组，洗澡洗下来的废水储存到地下的一个废水池，在废水池内装上一个潜水泵与废水能热泵机组连接，废水能热泵工作时把废水池中的热能吸收，通过废水能热泵工作产生高压高温，把这热能又回收到新的自来水里变成新的热水，这样一个过程，它用电和热能比是650%，所以1吨水（15度-60度）加热需45000大卡=51.3千瓦×热效率650%=7.9度电。
2.2.3空气能热水器
在废水池里没有废水时,或水温度低于+2℃时，没有可能吸收热能时就启动空气热能泵热水器，空气能热水器是一种利用空气能的蓄能式热水,通过机组的翅片里的铜管内的氟里昂蒸发产生低温，比不自然的气温低10度左右，在外面，风扇把翅片里的空气进行流动，大自然的温度自然地传到铜管内的氟里昂变成气化，通过压缩机工作，生产高压高温气，通过铜管到热水箱里的传热传给热水箱里的自来水，就这样，水箱水转变成热水。
2.2.4三者结合的优势
1）一年365天根据气象资料有200天左右可以太阳能解决热水问题。
2）还有165天80%可以用废水能解决热水问题，每吨水的用电7.9度,165天的80%=132天×7.9度=1042.80度。
3）还有20%是靠空气能热泵热水器支完成解决问题,一般缺少热能的时间往往是冬天,大自然气温比较低，用热水量多,所以只能用空气能热水器补充热能,在冬季时空气能热水器的能耗热效比是200%,165天的20%是33天,53.87÷200=每吨热水的用电是26.955度,33天×26.955度=888.90度,一年365天/吨,一年的用电是空气能热水器的用电和废水能热水器的用电相加÷365天,一年的平均每吨每天热水的用电量5.29度电。
3．太空水新能源热水设备使用的经济和社会价值。
3.1经济价值
从经济的角度算，例如:一个宾馆饭店，平均每用热水量是100吨，它的投入太空水热水设备造价是360万元，现在用天然气烧热水的成本是每吨27元左右×每天100吨×365天=98.55万元/年，如果太空水热水设备的成本是每吨7.8元，780元/天×365天=28.47万元；这样每年可节省成本70.00万元，360万元÷70.00万元=5年多回收投入成本。
到2025年前改造现状的65%前提下, 18.935亿吨×65%=12.308亿吨÷365天/年=337.2吨/天，太空水新能源热水设备的配制是按每天平均用量的1.5倍,337.20万吨/天×1.5=505.8万吨/天，通过15年时间达到目标,每年设备投入量33.72万吨,每吨热水设备投入造价3.6万元左右，总需121.392亿人民币设备改造费。十五年里改造太空水热水设备经济性对比如表二。
表二 十五年里改造太空水热水设备经济性对比
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使用不同设备 |
所耗的能源总量 |
能源单价 |
能源总价
（亿元） |
太空水热水
设备总耗能 |
节约款
(亿元) |
|
柴油热水锅炉 |
5120.04万吨 |
6600元/吨 |
3379.2264 |
471.7515 |
2907.47490 |
|
天然气热水锅炉 |
635.0904亿立方 |
2.41元/立方 |
1530.56787 |
471.7515 |
1058.81637 |
|
电热水器
|
5244.234亿度 |
0.904元/度 |
4740.7807 |
471.7515 |
4269.02920 |
|
太空水热水设备 |
521.8572亿度 |
0.904元/度 |
471.7515 |
471.7515 |
0 |
2.社会价值。
从社会效应角度,如果在国家政府的政策大力支持下和全国人民在低碳经济和循环经济的概念下。使用太空水新能源热水设备，能大大节省能耗，并减少包括二氧化碳在内的污染物的产生。节省每100度电可以少排放二氧化碳78.5千克，（每立方天然气发电4.5度，每公升柴油发电9.926度），按照十五年里边改造边使用太空水热水设备环保、低碳的效果对比如表三。
表三 使用太空水热水设备与其它设备环保、低碳的效果对比
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使用不同设备 |
所耗的能量 |
折算电量（亿度） |
太空水热水设备用电量（亿度） |
节省用电（亿度） |
减少排放二氧化碳总量（万吨） |
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柴油热水锅炉 |
5120.04万吨 |
5082.15 |
521.85719 |
4560.29 |
35798.28 |
|
天然气热水锅炉 |
635.0904亿立方 |
2857.9068 |
521.85719 |
2336.04961 |
18337.99 |
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电热水器 |
5244.234亿度 |
5244.234 |
521.85719 |
4722.3768 |
37070.66 |
由表可以看出，使用新型的太空水热水设备，较之其它设备，大大减少了二氧化碳的排放量。此设备的推广使用对资源的高效率利用，以及对生活环境的保护，给出了更为积极、有效的创新措施，具有很高的社会价值。
2010年10月
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