大豐維羅納太陽能熱水應用效能分析

■ 曾憲軍 Zeng Xianjun

0 前言

我國太陽能資源十分豐富,全國有2/3以上的地區,年輻射總量大于502 萬kJ /m2,年日照時數在2 000 h 以上。太陽能熱水器的成熟技術是較為安全可靠、應用成本相對低廉。太陽能熱水器熱水的應用具有較好的經濟性及明顯的節能效果,對住宅建筑的居住能提供日常生活熱水，對當前世界提倡減少碳排量降低溫室效應具有積極意義。以下通過大豐維羅納花園住宅小區對太陽能熱水器的應用作效能分析。

1 效能分析

大豐市位于我國江蘇北部的沿海腹地，屬較寒冷地區，年日照度時間較長，有充足的太陽能資源可利用價值。大豐維羅納花園住區在規劃設計中充分利用了大豐的地理優勢條件，對居住者都安裝了太陽能熱水器系統，為居住者每天都能有充足的熱水供應儲備。太陽能熱水器提供的熱水，不僅能滿足日常生活用熱水的需求，也能滿足居住者采用熱水轉化成其他熱能的潛在可能。對此，能否適應大豐沿海城市的較寒冷特性，通過太陽能熱水器的熱能計算，判斷太陽能熱水器的應用及經濟價值顯得非常重要。

按照大豐地區的地域特征，參考了常年的日照度、氣溫的變化等條件，對太陽能熱水器每年所獲得的熱量Q進行計算：

式中 ：

β—太陽能輻射全年可利用系數，與當地氣候特點、太陽輻射特點、大氣透明度等因素有關，一般取β=0.58；

E—太陽能輻射總量，kJ/(m2·a)，每個地區所處緯度不同其輻射總量也不同；全國各地太陽年輻射總量中值為5×106kJ/(m2·a)；

ηs—太陽能熱水系統的熱效率，與太陽能 集熱器的特性、熱水的使用情況有關，一般取ηs=0.5；

F—太陽能熱水器采光面積，m2。

大豐維羅納花園住區的工程設定采用的熱水器為的單根采光面積為0.078m2，每組太陽能熱水器的根數為18根，則每組熱水器的采光面積為1.404 m2；則每組太陽能熱水器所獲得的熱量為：

若這部分熱能采用電加熱，則消耗的電量則為：

式中：

nd—電加熱的效率為，一般取0.9；

q0—電的發熱值，一般為3 595 kJ/(kw·h)

若利用太陽能熱水器供應熱水每年節約的費用為：

x—電價，現電價為0.62元；

n0=nx=630.5×0.62=390.91元。

同時，根據太陽能熱水器投資回收期限的長短，也可以判斷太陽能熱水器的經濟性。投資回收期限t為：

y —為每臺太陽能熱水器的總投資。

設定采用的18根管的熱水器每臺初次投資成本1 380元，則回收年限為：

t=y /n0=1 380/390.91=3.53a

太陽能熱水器的使用壽命為15～20a。之中，可以直接看到太陽能熱能資源利用的經濟性，對利用太陽能源，節約自然資源，保護人與自然環境帶來的潛在價值。

若這部分熱量采用燃煤來換取，則需要消耗掉的煤為：

G=2.04×106×0.24/7000=69.9 kg/a

再若由燃煤鍋爐提供熱水，并由換熱器轉換熱能，則耗煤量為：

G’=69.9/0.6×0.8=146kg/a

維羅納花園住區工程使用的太陽能熱水器臺數為512臺，則耗煤總量為：

由此得出：消耗自然資源煤的總量是驚人的，煤燃燒時還會產生大量的CO2、SO2、SO3等有毒有害氣體，對當前世界提倡減少碳排量降低溫室效應是極不利的。

2 環境分析

人類的生產與社會活動必然會引起環境發生變化。這些變化會對人與自然的共同生存和社會的持續發展起到不可忽視的作用，必須要從自然、經濟、人文等多元角度對人類活動可能導致的環境變化進行綜合評估和衡量。環境效益又可分為正效益、直接效益和間接效益。環境效益是經濟效益和社會效益的基礎，經濟效益、社會效益也是環境效益的后果，三者互為條件，相互影響，是辯證統一的關系。人類的活動是要尋求這三者得以統一的活動方式和內容，即能使社會不斷進步、經濟持續發展，也能使環境得到保護的措施。

環境效益是對大氣污染程度的直接衡量。除對大氣污染的CO2外，NO2是氮氧化物的主要物質，在大氣中含有濃度較高，同SO2一樣，也都來自自然和人類的活動。除自然來源的二氧化氮外，導致環境污染的主要來源是被燃燒的物質。據統計，全世界人類活動產生的污染體，其中每年排出的氮氧化物大約為5 300萬t。若人吸入過量的二氧化氮會對肺組織產生強烈的刺激和腐蝕作用，從而引起肺水腫等公共性的社會疾病。

其次是顆粒狀的塵埃。有來自于自然界的風沙塵土等造成的顆粒物，也有是人類活動中產生的顆粒物，如工業廢氣和廢棄物等。由于顆粒物常附著有毒金屬元素及菌種病毒體，對人類與自然帶來極大的生存危害。

再次是SO2是城鎮中普遍存在的污染物。空氣中的SO2主要來自火力發電及其他工業生產殘余物，如來源于固定污染源燃料的燃燒、小型取暖鍋爐和民用生活煤爐排放的廢棄物。二氧化硫是有刺激性無色氣體，在光合或空氣中某些金屬氧化物的催化作用下，極易被氧化成SO3。而SO3有很強的吸濕性，與水汽接觸后形成硫酸霧，其刺激作用是SO2的10倍，也是酸雨形成的主要原因。

上述分析，破壞自然環境造成大氣污染主要來自于人類的生產和社會活動的效果不平衡的結果，燃煤是其中主要的因素。提倡減少碳排量降低溫室效應達到人類與自然共存，必需要保護好環境。所以，大豐維羅納花園住區從開發、規劃、設計直到施工，對太陽能熱水器的應用作了較深的調研。如一家三口的長期居住者：當不應用太陽能熱水器時，日常生活用熱水的月煤氣用氣量在75～100m3，煤氣的燃料費在185～250元；當應用了太陽能熱水器時，日常生活用熱水全來自于太陽能熱水器的供應儲存，而煤氣的用途只在于日常生活中的烹調料理。月煤氣用氣量一般在20～30m3，煤氣的燃料費在50～75元。由此可見：應用太陽能熱水器是一次性投入資本的措施，但對自然環境改善帶來長期的環境效益，大豐維羅納花園開發設計本著保護環境、愛護環境的理念，在保證合理利潤的同時增加初次建設投資，為維羅納花園住區的居住者提供了新的生活方式。

3 結語

大豐維羅納花園住區建設順應了大豐市城鎮化發展需要，其太陽能熱水器在新建住宅建設中的應用在大豐市也是屈指可數。因此，需不斷地總結經驗，以取得更大的經濟效益和環境效益。