太阳能供热采暖工程应用的技术经济分析

太阳能供热采暖工程应用的技术经济分析

一正在使用太阳能加热和供暖工程1德国综合系统的安装比例欧洲和美国已经使用了几十年的太阳能热系统项目（热水和供暖）。过去，它主要用于单一建筑：“太阳能建筑”和“零能耗建筑”的小型系统。在过去的10年里，包括区域供暖在内的大型太阳能热系统（solarcobissys系统）的工程应用有了快速增长。图1是北欧、中欧主要国家综合系统和小型家用系统的安装比例统计,从中可知:即使是比例最低的德国,综合系统的应用比例也约占全部安装量的25%。从2000年开始,德国联邦教育科技部(BMBF)和联邦经济技术部(BMWi)实施了“太阳能区域供热”(Solarthermie-2000—Part3:Solarassisteddistrictheating)政府项目,至2003年已建成12个太阳能区域供热示范工程,包括8座季节蓄热小区热力站和4座短期蓄热小区热力站。国际能源机构IEA在“太阳能供热制冷”计划中组织完成的“任务26——太阳能供热综合系统”,编制出版了《太阳能住宅供热综合系统设计手册》(SolarHeatingSystemsforHouses,ADesignHandbookForSolarCombisystems),手册中汇总了19种典型系统,15个工程示例,是太阳能供热采暖综合利用系统设计的权威工具书。2太阳能热水系统相关规范和标准目前我国的太阳能供热采暖工程应用仍处于起步阶段,已建成的单体建筑太阳能供热采暖试点工程包括北京清华阳光能源开发有限责任公司和北京桑普阳光技术有限公司的办公楼,北京平谷新农村建设项目的将军关、玻璃台村农民住宅,拉萨火车站等;太阳能区域供热采暖(小区热力站)工程则还没有应用实践。在标准和规范方面,国家标准GB50364《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》已于2006年1月实施;国家标准《太阳能供热采暖工程技术规范》已经立项,列入了2006年工程建设标准规范制定、修订计划,该项标准的编制进度要求为:2007年6月完成征求意见稿,2007年12月完成送审稿,2008年4月完成报批稿。二能源热和能源开采技术的经济分析1德国临床各国热负荷的变化(1)丹麦Marstal太阳能供热采暖工程(图2):世界最大的太阳能供热采暖系统,太阳能集热器设置在大面积空地上,集热器面积1.83万m(2)奥地利Graz体育中心太阳能供热采暖工程(图3):利用体育馆屋面安装1470m(3)德国汉堡Bramfeld区域供热工程(图4):1996年建成,联排别墅总计124户,年热负荷1550MWh;共安装3000m2太阳能热价的定义无论是建筑节能、还是可再生能源在建筑中的应用,都需要一定的资金投入,或者说节能和可再生能源利用必须付出一定的代价。从经济学的角度分析,这种投入的代价越小,则技术应用的经济性越好。因此,针对太阳能利用系统,目前国际通用的经济性能指标是太阳能热价。太阳能热价的定义是:太阳能系统每节省(替代)1kWh终端用能所需要的总系统投资成本。显然,太阳能热价越低,系统的经济性越好。通过对欧洲现有太阳能供热采暖工程的技术经济分析可知:短期蓄热太阳能供热采暖系统的太阳能热价最低,经济性最好,而小型热水系统和季节蓄热太阳能供热采暖系统的太阳能热价基本相当(表1)。欧洲与建筑结合的太阳能供热采暖工程,绝大部分是把工厂化生产的太阳能集热器预制模块(8~12m3开发有限责任公司办公国内近几年建成的太阳能供热采暖工程,北京清华阳光能源开发有限责任公司办公楼试点工程比较有代表性,该工程在设计建设时就考虑预设了长期监测系统热性能的仪表、设施,在建成后又连续进行了测试,因此,用该工程进行的技术经济分析有较高准确度。北京清华阳光能源开发有限责任公司办公楼包括一层展示大厅、门厅和二层技发中心,围护结构为非节能建筑设计,总采暖面积640m该太阳能集热系统的增投资部分约为38万元,折合单价:2317元/m根据北京市2001年《关于调整我市民用供暖价格和热电厂出厂价格的通知》京价(商)字[2001]372号文件,目前北京市采暖费的取费规定为:市政热力为24元/m按目前北京市区的主流采暖方式—燃气/油、电锅炉计算,该办公楼全采暖季应缴纳的采暖费为19200元。如果该系统做到全年综合利用(冬季采暖、全年热水),则全年综合节能约103664kWh;考虑集热系统工作寿命不同时,非节能建筑和50%节能建筑全年综合利用系统的太阳能热价见表2。目前我国太阳能并网光伏发电的成本约为2.3元/kWh。显然,以太阳能热价计,太阳能供热采暖的成本远低于太阳能光伏发电,应用推广的经济性良好。三发展目标：提高对太阳能的需求1社会生活热水在建筑物的总用能中,供热采暖能耗占的比例最大,因此,太阳能供热采暖综合利用系统具有巨大的节能效益。按建筑热工设计分区,我国2/3以上的国土面积属严寒和寒冷地区,为保证生存的基本条件,建筑物必须供暖;随着生活水平和居住环境的改善,夏热冬冷地区对采暖的要求不断提高;生活热水的使用是衡量人民生活水准和社会文明程度的标志之一,随着我国城乡居民居住条件的改善,住宅对生活热水的需求激增,大、中城市的众多商品住宅已具有集中热水供应的功能;所以,太阳能供热采暖的工程应用符合市场需求。2建筑节能设计国家标准我国的太阳能资源极为丰富,太阳能年辐射总量大于4200MJ/m我国已陆续颁布实施了针对不同建筑气候区的建筑节能设计国家标准,这些标准的强制实施将极大降低建筑物的耗热量指标,从而减轻太阳能采暖系统所承担的负荷。以北京为例,50%节能建筑的耗热量指标是20.6W/m3集热器性能与效率影响太阳能供热采暖系统性能的重要部件是太阳能集热器,因此,工程应用推广的关键是太阳能集热器产品质量的提高,目前我国太阳能集热器存在的主要问题有:(1)占我国90%市场份额的真空管太阳能集热器并未做到完全工厂化生产,出厂时为半成品,系统质量依赖现场组装工人技能,隐患多,监控难度大。(2)平板太阳能集热器与建筑结合有优势,但长期以来对平板集热器的升级换代和技术进步的关注不够,可选用的产品少,性能质量不稳定,热损失偏大。(3)太阳能集热器产品质量参差不齐,对安全可靠性的重视不够,部分产品的热性能参数不完全符合冬季供暖要求。图9是在国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京)检测得出的较好、较差产品的平均水平效率曲线和国家标准规定值效率曲线的对比。冬季供暖时,集热器进口温度应在40℃左右,按环境温度0℃计,晴天条件下的归一化温差将大于0.05。从图9可知,供暖工况下(归一化温差0.05~0.08),符合国家标准要求产品的效率范围在0.38~0.2(平板型)、0.48~0.4(真空管型),较好产品的效率范围在0.55~0.42(平板型)、0.65~0.58(真空管型),但较差产品的效率只有0.27~0.02(平板型)、0.37~0.2(真空管型)。所以,对于要在太阳能供热采暖系统中使用的太阳能集热器,产品热性能高于国家标准规定才能真正有效工作,获得较好的节能效益。四太阳能供热采暖技术综合技术的开发为进一步推广太阳能供热采暖的工程应用,提高太阳能供热采暖在建筑节能中的作用和地位;首先应积极建设太阳能供热采暖综合系统的试点工程,必须做到全年综合利用,提高太阳能、地热能、生物质能等多种可再生能源在建筑中的综合利用技术水平,包括优化设计、智能化控制、蓄能技术等,发挥不同能源种类的各自优势,做到多能互补;开发太阳能供热采暖综合利用“绿色建筑”的评估检测技术,建立太阳能供热采暖综合利用“绿色建筑”性能评估体系,进行建筑物能效标识认证。应增加与建筑结合太阳能供热、采暖的市场份额,积极推广试点工程经