主動(dòng)式太陽能直接采暖系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1、<p>　　主動(dòng)式太陽能直接采暖系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析</p><p>　　摘要：本文以一個(gè)100平米的房間為研究對(duì)象，采用10～15年內(nèi)逐日氣象數(shù)據(jù)對(duì)太陽能采暖系統(tǒng)進(jìn)行模擬。根據(jù)模擬的結(jié)果，分析其初投資，壽命周期內(nèi)的總能耗、總運(yùn)行費(fèi)用，綜合熱價(jià)等指標(biāo)。然后將其與燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐，電鍋爐采暖進(jìn)行比較，對(duì)比其初投資、運(yùn)行費(fèi)用，總能耗等指標(biāo)。然后分析了不同的氣象條件、每日太陽能負(fù)責(zé)的采暖小時(shí)數(shù)、集熱器價(jià)格等因素

2、對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能采暖 能耗 經(jīng)濟(jì)性 綜合熱價(jià) </p><p><b>　　1 太陽能采暖簡介</b></p><p>　　采暖是我國的能耗大戶。自1991年起平均每年新建建筑10億m2，至1996年底，共有各類建筑約310億m2。每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要的耗能占全國能耗總量的11.5％[1]?；?/p>

3、源的大量消耗，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)行采暖具有重要意義。</p><p>　　太陽能采暖可分為兩大類，一為主動(dòng)式，另一為被動(dòng)式。被動(dòng)式就是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，依靠建筑物本身構(gòu)造和材料的熱工性能，使房屋盡可能多地吸收和貯存熱量，以達(dá)到采暖的目的。主動(dòng)式用集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)及泵等設(shè)備來收集、蓄存及輸配太陽能的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各部分均可控制而

4、達(dá)到需要的室溫。</p><p>　　主動(dòng)式太陽能采暖又可分為直接式和間接式。所謂直接式就是由太陽能集熱器加熱的熱水或空氣直接被用來供暖。所謂間接式就是集熱器加熱的熱水溫度通過熱泵提高后再供暖。采用由于集熱溫度高時(shí)，集熱器的效率很低，因此一般采用地板采暖或風(fēng)機(jī)盤管。這兩種方式要求熱源的溫度比較低，50℃左右，集熱器具有較高的效率。</p><p>　　本文的研究對(duì)象為一個(gè)100平米的房間，

5、假定其耗熱量指標(biāo)為50W/m2，采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為20℃，溫度低于8℃即進(jìn)行采暖，設(shè)置備用鍋爐。太陽能負(fù)責(zé)8小時(shí)的熱負(fù)荷。集熱器正南向放置，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥?。該系統(tǒng)同時(shí)負(fù)責(zé)生活熱水供應(yīng)，每日240L。</p><p>　　2 逐日模擬與綜合熱價(jià)法</p><p>　　2.1 逐日模擬方法</p><p>　　目前的太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析一般以月平均值進(jìn)行分析，由

6、于需求與供給之間的不匹配，太陽能未必轉(zhuǎn)化為有用收益。比如，太陽能熱水供應(yīng)中，夏天收集的熱量往往用不完，只能放掉。目前還缺乏令人信服的用于全年模擬的氣象數(shù)據(jù)模型，因此本文以1991-2000年的逐日氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行工況模擬，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析[2]。中國幅員遼闊，地區(qū)差異很大，本文只選擇幾個(gè)典型城市進(jìn)行分析。</p><p>　　2.2 綜合能源價(jià)格方法</p><p&g

7、t;　　目前，評(píng)價(jià)太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對(duì)太陽能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分析。而對(duì)太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是，確定針對(duì)使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，即相對(duì)于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此，本文采用綜合能源價(jià)格法[3]。 </p><p>　　能源價(jià)格指的是購買一定種類能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了或開采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終

8、端的資金消耗。對(duì)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：安裝供熱供冷系統(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。綜合能源價(jià)格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。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(duì)象相對(duì)于提供單位能量所需費(fèi)用的參數(shù)。 </p><p>　　考慮到資金的動(dòng)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)

9、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)期投人的資金統(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（冷）的綜合能源價(jià)格，在同等價(jià)值條件下進(jìn)行比較。</p><p>　　綜合能源價(jià)格現(xiàn)值的表達(dá)式為：</p><p>　　式中：M——綜合能源價(jià)格現(xiàn)值，RMB／MJ；</p><p>　　V——初投資，RMB；</p>

10、<p><b>　　t——計(jì)算年數(shù)；</b></p><p>　　n——系統(tǒng)有效使用年限；</p><p>　　Z——第t年使用費(fèi)用，RMB；</p><p>　　i——銀行存款年利率；本文忽略通貨膨脹對(duì)銀行年利率的影響，i取常數(shù)。</p><p>　　Et——第t年提供能量總計(jì)，MJ；</p>

11、<p>　　3 主動(dòng)式太陽能直接采暖經(jīng)濟(jì)性分析</p><p>　　模擬年限為10年。模擬時(shí)采用逐日的溫度和太陽輻射。</p><p><b>　　3.1 北京地區(qū)</b></p><p>　　集熱面積為20m2。能源價(jià)格，電：0.6元/kwh； 天然氣：2.1元/Nm3；液化氣：10.5元/Nm3。模擬的結(jié)果見表1。</p&

12、gt;<p>　　表1 北京太陽能直接采暖的經(jīng)濟(jì)性分析</p><p><b>　　熱源種類</b></p><p><b>　　初投資（元）</b></p><p><b>　　運(yùn)行費(fèi)用（元）</b></p><p><b>　　燃料耗量</b&

13、gt;</p><p><b>　　總投資(元)</b></p><p>　　綜合熱價(jià)(元/MJ)</p><p><b>　　價(jià)格比</b></p><p><b>　　太陽能+天然氣</b></p><p><b>　　28845</

14、b></p><p><b>　　19092</b></p><p><b>　　10293 Nm3</b></p><p><b>　　47938</b></p><p><b>　　0.088</b></p><p>&l

15、t;b>　　1.42</b></p><p><b>　　電鍋爐</b></p><p><b>　　2585</b></p><p><b>　　83604</b></p><p>　　158874 kwh</p><p><b

16、>　　86189</b></p><p><b>　　0.159</b></p><p><b>　　2.55</b></p><p><b>　　天然氣鍋爐</b></p><p><b>　　2585</b></p>&

17、lt;p><b>　　31238</b></p><p><b>　　16901 Nm3</b></p><p><b>　　33823</b></p><p><b>　　0.062</b></p><p><b>　　1</b&g

18、t;</p><p><b>　　液化氣鍋爐</b></p><p><b>　　2585</b></p><p><b>　　52616</b></p><p><b>　　5707 Nm3</b></p><p><b&g

19、t;　　55202</b></p><p><b>　　0.102</b></p><p><b>　　1.63</b></p><p><b>　　太陽能+液化氣</b></p><p><b>　　28845</b></p>

20、<p><b>　　32112</b></p><p><b>　　3475 Nm3</b></p><p><b>　　60957</b></p><p><b>　　0.112</b></p><p><b>　　1.80</

21、b></p><p>　　從上表可以看出，在北京地區(qū)，太陽能采暖比天然氣鍋爐費(fèi)用要高42%，但費(fèi)用遠(yuǎn)低于電鍋爐；如果輔助能源為液化氣，則比液化氣鍋爐采暖也要高10%。</p><p>　　采暖與熱水供應(yīng)相比，由于季節(jié)性強(qiáng)，一年中系統(tǒng)設(shè)備的利用時(shí)間短，并且由于采暖的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱水供應(yīng)，因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性不好。在北京以北地區(qū)，采暖期長一些，但一般氣溫也更低，集熱效率也低，因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

22、也不好；在北京以南，氣溫高一些，但采暖期更短，并且許多地方太陽能資源不如北京豐富，經(jīng)濟(jì)性可能更差一些。</p><p><b>　　3.2 拉薩</b></p><p>　　集熱面積12.3m2，能源價(jià)格同上。模擬結(jié)果見表2。</p><p>　　表2 拉薩太陽能直接采暖的經(jīng)濟(jì)性分析 </p><p><b>

23、　　熱源種類</b></p><p><b>　　初投資（元）</b></p><p><b>　　運(yùn)行費(fèi)用（元）</b></p><p><b>　　燃料耗量（Nm3）</b></p><p><b>　　總投資（元）</b></p&g

24、t;<p>　　綜合熱價(jià)（元/MJ）</p><p><b>　　價(jià)格比</b></p><p><b>　　太陽能+天然氣</b></p><p><b>　　18676</b></p><p><b>　　26693</b></p&

25、gt;<p><b>　　14428</b></p><p><b>　　45370</b></p><p><b>　　0.071</b></p><p><b>　　1.16</b></p><p><b>　　天然氣鍋爐<

26、;/b></p><p><b>　　2585</b></p><p><b>　　36843</b></p><p><b>　　19951</b></p><p><b>　　39428</b></p><p><b

27、>　　0.061</b></p><p><b>　　1</b></p><p>　　即使在拉薩這樣的陽光城，太陽采暖的價(jià)格仍然比天然氣高16%。在目前的條件下，單純的太陽能采暖系統(tǒng)不宜推廣，應(yīng)該加強(qiáng)研究，降低投資。</p><p>　　從所得結(jié)果可以看出，為達(dá)到8小時(shí)供暖所需的集熱器面積較大。以資源條件很好的拉薩為例，向每1

28、00m2住宅供暖所需的集熱器面積為12.3m2，而在北京，需要的集熱面積要20m2。再考慮到為防止排間遮擋所需的集熱器排間距，在我國大部分地區(qū)，所需的屋頂面積大約為集熱面積的2倍。顯然，這一面積指標(biāo)比較適合于別墅式住宅，如要用于多層住宅，就必須再降低太陽能供暖率。對(duì)于節(jié)能建筑，太陽能負(fù)責(zé)的樓層數(shù)可適當(dāng)增加。</p><p>　　4 太陽能采暖經(jīng)濟(jì)性的影響因素</p><p>　　由于采暖季

29、節(jié)室外氣溫低，平板集熱器的熱損失大，效率低，集熱溫度難以達(dá)到要求，因此一般使用真空管，真空管的設(shè)計(jì)壽命為15年，但10年以后效率下降。下面以北京地區(qū)為例，分析其太陽能直接采暖經(jīng)濟(jì)性的影響因素</p><p>　　4.1 集熱器的價(jià)格 </p><p>　　從圖1上可以看出，綜合熱價(jià)基本上與單位集熱面積的價(jià)格成線性關(guān)系。只有當(dāng)每平米集熱面積降低到600元時(shí)，才能與天然氣鍋爐采暖競(jìng)爭。<

30、/p><p>　　4.2 太陽能負(fù)擔(dān)采暖小時(shí)數(shù)</p><p>　　從圖2上可以看出，綜合熱價(jià)也基本與太陽能負(fù)擔(dān)的采暖小時(shí)數(shù)成正比，可見如果全天24小時(shí)由太陽能采暖，則經(jīng)濟(jì)性更差。</p><p>　　4.3 采暖起始溫度 </p><p>　　綜合熱價(jià)隨著起始采暖溫度的提高而降低，但不是線性關(guān)系。提高采暖起始溫度，就等于延長了采暖期，集熱器的利

31、用率得到提高，因而經(jīng)濟(jì)性有所提高。</p><p>　　4.4 熱水用量的影響</p><p>　　從圖4中可以看出，單純的采暖系統(tǒng)（不提供生活熱水）經(jīng)濟(jì)性更差，隨著熱水用量的提高，綜合熱價(jià)迅速降低，大約在500L之后，下降趨勢(shì)變緩。熱水用量的增加，提高了集熱器的利用率，收集了更多的太陽能，因而經(jīng)濟(jì)性提高。但由于在冬季，采暖和熱水供應(yīng)均為最不利的時(shí)期，因此采暖和熱水供應(yīng)沒有互補(bǔ)性。綜合熱價(jià)

32、的降低其實(shí)是由于熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性彌補(bǔ)了采暖系統(tǒng)的不經(jīng)濟(jì)。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　(1) 主動(dòng)式太陽能直接采暖系統(tǒng)，在目前的集熱器價(jià)格與能源價(jià)格及技術(shù)條件下，尚不能和常規(guī)的采暖系統(tǒng)競(jìng)爭。</p><p>　　(2) 影響太陽能直接采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的主要因素是集熱器的高價(jià)格，應(yīng)力爭提高集熱器的效率或降低其價(jià)

33、格。</p><p>　　(3) 太陽能采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比熱水供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差的主要原因是一年中采暖系統(tǒng)的使用時(shí)間短，系統(tǒng)的利用率低。</p><p>　　(4) 目前太陽能直接采暖的應(yīng)用范圍也只限于別墅型建筑或3~4層以下的建筑。</p><p>　　(5) 太陽能采暖系統(tǒng)應(yīng)用于只在白天使用的建筑，如辦公樓或教學(xué)樓時(shí)，經(jīng)濟(jì)性好于需要全天采暖的住宅等建筑。</p

34、><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 付林。熱電（冷）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)電力調(diào)峰運(yùn)行研究。北京：清華大學(xué)，2000。</p><p>　　[2] 于國清。建筑物太陽能供熱與空調(diào)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。長沙：湖南大學(xué)，2003。</p><p>　　[3] 李軍。家用太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)性分析。太陽能學(xué)報(bào)，2002