太阳能空气能集热工程学校使用热水供应效果分析

一、引言

随着能源问题的日益突出和环保意识的不断提高，太阳能和空气能作为清洁能源在热水供应领域得到了广泛应用。学校作为人员密集的公共场所，

对热水的需求量较大，采用太阳能空气能集热工程供应热水具有显著的经济和环境效益。本分析旨在评估太阳能空气能集热工程在学校热水供应

中的实际效果，为相关工程的优化和推广提供参考。

二、太阳能空气能集热工程原理

（一）太阳能集热系统

太阳能集热系统通过太阳能集热器将太阳能转化为热能，加热集热介质（通常为水或防冻液）。集热介质在循环泵的作用下在集热器和储热水箱

之间循环流动，将热量传递给水箱中的水，使水箱中的水温升高。

（二）空气能热泵系统

空气能热泵系统利用逆卡诺循环原理，从空气中吸收热量，通过压缩机压缩制冷剂，使制冷剂的温度和压力升高，然后将高温高压的制冷剂通过

冷凝器释放热量，加热水箱中的水。在太阳能不足时，空气能热泵系统作为辅助热源，确保热水供应的稳定性。

三、学校热水需求特点

（一）用水时间集中

学校师生的热水使用时间主要集中在早上洗漱、晚上洗澡等时间段，呈现出明显的集中用水特点。这就要求热水供应系统能够在短时间内提供

足够的热水量。

（二）用水量大

学校学生和教职工数量众多，每天的热水需求量较大。例如，一所拥有2000名学生的学校，按照每人每天使用20 - 30升热水计算，每天的热

水需求量可达40 - 60立方米。

（三）对水温要求较高

学校热水主要用于洗漱和洗澡，一般要求水温在40 - 50℃之间，以满足师生的使用需求。

四、太阳能空气能集热工程在学校的应用效果分析

（一）热水供应稳定性

1. 太阳能充足时：在阳光充足的情况下，太阳能集热系统能够充分发挥作用，将水箱中的水加热到较高温度。根据实际监测数据，在夏季晴天，

太阳能集热系统可以将水温加热到60 - 70℃，完全满足学校的热水需求，空气能热泵系统基本无需启动，实现了热水的稳定供应。

2. 太阳能不足时：在阴天、雨天或冬季日照时间较短的情况下，太阳能集热系统的集热效率会明显降低。此时，空气能热泵系统自动启动，作

为辅助热源继续加热水箱中的水，确保热水供应的稳定性。通过合理的控制系统，能够实现太阳能和空气能的无缝切换，保证热水温度始终维

持在设定范围内。

（二）节能效果

1. 能源消耗对比：与传统的电加热或燃气加热热水系统相比，太阳能空气能集热工程具有显著的节能效果。以一所学校为例，采用传统电加热

系统时，每月的电费支出约为5万元；而采用太阳能空气能集热工程后，每月的电费支出仅为1.5万元左右，节能率达到了70%以上。

2. 节能原理分析：太阳能是免费的清洁能源，太阳能集热系统在运行过程中基本不消耗其他能源，能够有效减少对传统能源的依赖。空气能热

泵系统虽然需要消耗一定的电能，但它从空气中吸收的热量是所消耗电能的3 - 4倍，具有较高的能效比。因此，太阳能空气能集热工程通过充

分利用太阳能和空气能，实现了能源的高效利用。

（三）经济效益

1. 投资成本：太阳能空气能集热工程的初始投资相对较高，主要包括太阳能集热器、空气能热泵机组、水箱、循环泵、控制系统等设备的采购

和安装费用。以一所规模适中的学校为例，该工程的总投资约为80 - 100万元。

2. 运行成本：由于该工程具有显著的节能效果，运行成本较低。除了日常的设备维护费用外，主要的运行成本就是空气能热泵系统消耗的少量

电能。与传统热水供应系统相比，每年可节省大量的运行费用。一般情况下，太阳能空气能集热工程的投资回收期为3 - 5年，之后可以为学校

节省大量的资金。

（四）环境效益

1. 减少污染物排放：太阳能和空气能都是清洁能源，在使用过程中不会产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，对环境友好。采用太阳

能空气能集热工程可以有效减少学校因热水供应而产生的污染物排放，改善校园及周边环境质量。

2. 符合可持续发展要求：随着全球对环境保护和可持续发展的重视，推广使用太阳能空气能等清洁能源是未来的发展趋势。学校作为教育机构，

采用太阳能空气能集热工程不仅能够满足自身的热水需求，还能起到良好的示范作用，引导师生树立环保意识，促进可持续发展理念的传播。

五、存在的问题及改进措施

（一）存在的问题

1. 设备占地面积较大：太阳能集热器需要安装在学校的屋顶或空旷地带，空气能热泵机组也需要一定的安装空间，这对于一些校园面积有限的

学校来说可能会造成一定的困扰。

2. 初始投资较高：如前文所述，太阳能空气能集热工程的初始投资相对较高，这可能会使一些学校在资金方面面临一定的压力，影响该工程的推

广应用。

3. 极端天气下性能受影响：在极端寒冷的天气条件下，空气能热泵系统的制热效率会有所降低，可能需要更长的时间来加热水箱中的水，影响热

水供应的及时性。

（二）改进措施

1. 优化设备布局：通过合理设计太阳能集热器和空气能热泵机组的安装方式和布局，充分利用学校的空间资源，减少设备占地面积。例如，可以

采用一体化设计的太阳能空气能热水系统，将太阳能集热器和空气能热泵机组进行集成，减少安装空间。

2. 争取政策支持：学校可以积极争取政府的相关补贴政策和专项资金支持，降低初始投资成本。同时，也可以与能源服务公司合作，采用合同能

源管理模式，由能源服务公司投资建设和运营热水供应系统，学校按照使用热水的量支付费用，减轻资金压力。

3. 技术改进：针对极端天气下空气能热泵系统性能受影响的问题，可以采用低温型空气能热泵机组，提高其在低温环境下的制热效率。同时，加

强对系统的保温措施，减少热量损失，提高热水供应的稳定性。

六、结论

太阳能空气能集热工程在学校热水供应中具有热水供应稳定、节能效果显著、经济效益和环境效益良好等优点。虽然存在设备占地面积较大、初

始投资较高和极端天气下性能受影响等问题，但通过优化设备布局、争取政策支持和技术改进等措施，可以有效解决这些问题。因此，太阳能空

气能集热工程是一种适合学校使用的热水供应方式，值得在更多学校推广应用。