太阳能生活热水系统能耗分析

太阳能生活热水系统能耗分析

0石化能源的大量消耗带来的环境污染住宅建筑的热水供应是中国能源消耗的一个重要方面。化石能源的大量消耗,使我国的能源供应面临巨大的挑战,而且造成了严重的环境污染。因此,研究使用清洁的可再生能源———太阳能进行供热具有重要意义。1年用水量的确定本文针对一个三口之家的典型住户的生活热水供应,比较太阳能热水系统和电热水器、燃气热水器的经济性。设定用水指标为每人每日60℃热水80L,则该家庭一天的用水量为240L。太阳能热水系统采用光电互补型,即在集热器的水箱内置电加热器,太阳辐射不足时,用电加热2综合热价现金支付本文使用综合热价的方法。综合热价的含义是在有效使用年限内初投资和使用费用的累计综合值与在此期间所提供能量总和的比值。对于供热供冷的系统,在其有效使用期限内的资金投入主要用于:(1)初投资:安装供热系统;(2)运行费用:在使用期间系统的运行和维护费用。它是一个将初投资考虑在内的,全面反映经济分析对象,相对于提供单位能量所需费用的参数。考虑到资金的动态特性,即不同时期支出货币的价值是不相等的,本文在经济分析过程中,将综合能源价格进行现值处理,即通过将不同时期投入的资金统一折现为初投资年现值的方法,使资金投入时间和数量各不相同的不同类型供热的综合热价,在同等价值条件下进行比较。综合热价现值的表达式为式中:M———综合能源价格现值,RMB/MJ;V———初投资,RMB;t———计算年数;n———系统有效使用年限;Zi———银行存款年利率;E平板集热器的价格在400~700元/m对于运行费用的计算,主要是能源费用。由于集热器的得热量与太阳辐照度、入射角度、环境温度等紧密相关,本文以典型气象年的逐时气象数据为基础3太阳能热水系统的总热量(1)太阳能热泵供热与天然气热泵、煤气热泵热泵的比较电价:0.6元/kWh;天然气价格:2.1元/Nm从表1中可以看出,太阳能热水器在上海现行的能源价格下是有竞争力的,它的费用比天然气热水器稍高,但远低于电热水器和液化气热水器,也低于煤气热水器。(2)太阳能热泵运行费用低假定北京的电价为0.5元/kWh,其他与上海相同。模拟结果见表2。在北京地区,由于电价的降低,太阳能热水器的运行费用也降低,低于天然气热水器,并且费用只有电热水器的一半。尽管北京的太阳能资源比上海丰富,但冬季相差不多,其他季节收集的许多热量就浪费了。(3)量浪费少,比少昆明太阳辐射的一个重大特点是,四季相差不大,收集的热量浪费少。假设电价为0.4元/kWh,天然气价格为1.5元/Nm由于昆明地区太阳能冬季日照条件好,且气温较高,因此,可以选用平板型集热器,初投资可以大幅下降。4综合热价影响因素分析(1)模拟结果与分析从上面的列表中,可看出辅助能源消耗的费用在整个太阳能热水器的总费用中占有相当的比例。下面以上海市为例,观察辅助能源的影响。模拟结果见表4。电价:0.6元/kWh;天然气价格:2.1元/Nm因此,对于太阳能资源不很充足的地区(长江中下游和华南地区),辅助能源的选择也很重要。选用天然气或煤气作燃料,比电辅助加热节省50%~60%左右的运行费用,总费用节省20%左右,10年以后,真空管的效率降低,要更多地依赖辅助能源。对于实行分时电价的地区,应尽量利用低谷电。(2)辅助能源价格对集热面积的影响在选择集热器面积时,通常让选择的集热器面积完全满足冬季晴天集热量时,总运行费用并不一定最低,定义集热面积因子x为实际的集热面积与满足最冷月晴天集热量的集热器面积的比值。图2是针对上海地区的气象条件和能源价格得出的。从图上可以看出,集热面积因子有一个最佳值,该最佳值小于1,并且随着辅助能源价格的降低而向左移动。这说明辅助能源价格越高,需要的集热面积越大;而辅助能源价格越低,所需的集热面积越小,直至集热面积接近于0,即无需设置集热器。这充分说明了,太阳能集热器的经济与否,与能源价格直接相关。对于上海,电价0.6元/kW·h,最佳集热面积因子约等于0.7,这说明对于每天每人都要洗浴的三口之家,集热面积冬季只满足两人的需要是比较合算的。5辅助热源与燃气热风的比较(1)在目前的市场和价格环境下,小型太阳能热水系统即使在太阳能资源一般的上海地区,和燃气热水器相比具有竞争力,和电热水器相比具有很大优势;在资源较