太陽能生活熱水系統(tǒng)能耗分析

0石化能源的大量消耗帶來的環(huán)境污染住宅建筑的熱水供應(yīng)是中國能源消耗的一個(gè)重要方面?；茉吹拇罅肯?使我國的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn),而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此,研究使用清潔的可再生能源———太陽能進(jìn)行供熱具有重要意義。1年用水量的確定本文針對一個(gè)三口之家的典型住戶的生活熱水供應(yīng),比較太陽能熱水系統(tǒng)和電熱水器、燃?xì)鉄崴鞯慕?jīng)濟(jì)性。設(shè)定用水指標(biāo)為每人每日60℃熱水80L,則該家庭一天的用水量為240L。太陽能熱水系統(tǒng)采用光電互補(bǔ)型,即在集熱器的水箱內(nèi)置電加熱器,太陽輻射不足時(shí),用電加熱2綜合熱價(jià)現(xiàn)金支付本文使用綜合熱價(jià)的方法。綜合熱價(jià)的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計(jì)綜合值與在此期間所提供能量總和的比值。對于供熱供冷的系統(tǒng),在其有效使用期限內(nèi)的資金投入主要用于:(1)初投資:安裝供熱系統(tǒng);(2)運(yùn)行費(fèi)用:在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。它是一個(gè)將初投資考慮在內(nèi)的,全面反映經(jīng)濟(jì)分析對象,相對于提供單位能量所需費(fèi)用的參數(shù)?？紤]到資金的動態(tài)特性,即不同時(shí)期支出貨幣的價(jià)值是不相等的,本文在經(jīng)濟(jì)分析過程中,將綜合能源價(jià)格進(jìn)行現(xiàn)值處理,即通過將不同時(shí)期投入的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法,使資金投入時(shí)間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱的綜合熱價(jià),在同等價(jià)值條件下進(jìn)行比較。綜合熱價(jià)現(xiàn)值的表達(dá)式為式中:M———綜合能源價(jià)格現(xiàn)值,RMB/MJ;V———初投資,RMB;t———計(jì)算年數(shù);n———系統(tǒng)有效使用年限;Zi———銀行存款年利率;E平板集熱器的價(jià)格在400~700元/m對于運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算,主要是能源費(fèi)用。由于集熱器的得熱量與太陽輻照度、入射角度、環(huán)境溫度等緊密相關(guān),本文以典型氣象年的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)3太陽能熱水系統(tǒng)的總熱量(1)太陽能熱泵供熱與天然氣熱泵、煤氣熱泵熱泵的比較電價(jià):0.6元/kWh;天然氣價(jià)格:2.1元/Nm從表1中可以看出,太陽能熱水器在上?，F(xiàn)行的能源價(jià)格下是有競爭力的,它的費(fèi)用比天然氣熱水器稍高,但遠(yuǎn)低于電熱水器和液化氣熱水器,也低于煤氣熱水器。(2)太陽能熱泵運(yùn)行費(fèi)用低假定北京的電價(jià)為0.5元/kWh,其他與上海相同。模擬結(jié)果見表2。在北京地區(qū),由于電價(jià)的降低,太陽能熱水器的運(yùn)行費(fèi)用也降低,低于天然氣熱水器,并且費(fèi)用只有電熱水器的一半。盡管北京的太陽能資源比上海豐富,但冬季相差不多,其他季節(jié)收集的許多熱量就浪費(fèi)了。(3)量浪費(fèi)少,比少昆明太陽輻射的一個(gè)重大特點(diǎn)是,四季相差不大,收集的熱量浪費(fèi)少。假設(shè)電價(jià)為0.4元/kWh,天然氣價(jià)格為1.5元/Nm由于昆明地區(qū)太陽能冬季日照條件好,且氣溫較高,因此,可以選用平板型集熱器,初投資可以大幅下降。4綜合熱價(jià)影響因素分析(1)模擬結(jié)果與分析從上面的列表中,可看出輔助能源消耗的費(fèi)用在整個(gè)太陽能熱水器的總費(fèi)用中占有相當(dāng)?shù)谋壤Ｏ旅嬉陨虾Ｊ袨槔?觀察輔助能源的影響。模擬結(jié)果見表4。電價(jià):0.6元/kWh;天然氣價(jià)格:2.1元/Nm因此,對于太陽能資源不很充足的地區(qū)(長江中下游和華南地區(qū)),輔助能源的選擇也很重要。選用天然氣或煤氣作燃料,比電輔助加熱節(jié)省50%~60%左右的運(yùn)行費(fèi)用,總費(fèi)用節(jié)省20%左右,10年以后,真空管的效率降低,要更多地依賴輔助能源。對于實(shí)行分時(shí)電價(jià)的地區(qū),應(yīng)盡量利用低谷電。(2)輔助能源價(jià)格對集熱面積的影響在選擇集熱器面積時(shí),通常讓選擇的集熱器面積完全滿足冬季晴天集熱量時(shí),總運(yùn)行費(fèi)用并不一定最低,定義集熱面積因子x為實(shí)際的集熱面積與滿足最冷月晴天集熱量的集熱器面積的比值。圖2是針對上海地區(qū)的氣象條件和能源價(jià)格得出的。從圖上可以看出,集熱面積因子有一個(gè)最佳值,該最佳值小于1,并且隨著輔助能源價(jià)格的降低而向左移動。這說明輔助能源價(jià)格越高,需要的集熱面積越大;而輔助能源價(jià)格越低,所需的集熱面積越小,直至集熱面積接近于0,即無需設(shè)置集熱器。這充分說明了,太陽能集熱器的經(jīng)濟(jì)與否,與能源價(jià)格直接相關(guān)。對于上海,電價(jià)0.6元/kW·h,最佳集熱面積因子約等于0.7,這說明對于每天每人都要洗浴的三口之家,集熱面積冬季只滿足兩人的需要是比較合算的。5輔助熱源與燃?xì)鉄犸L(fēng)的比較(1)在目前的市場和價(jià)格環(huán)境下,小型太陽能熱水系統(tǒng)即使在太陽能資源一般的上海地區(qū),和燃?xì)鉄崴飨啾染哂懈偁幜?和電熱水器相比具有很大優(yōu)勢;在資源較