东北地区太阳能供暖的经济和环境效益分析

东北地区太阳能供暖的经济和环境效益分析王丙林，陈杨杨，于伟锋【摘要】摘要：针对当今雾霾影响范围广、持续时间长的问题，以哈尔滨、长春和沈阳为例，承受综合能源价格法对太阳能供暖系统的经济性和环境性进展了评价。计算结果说明：太阳能与集中供暖作为热源时的综合能源价格最低，CO2、SO2悬浮颗粒物的排放，改善空气质量。绿色科技【年(卷),期】2023(000)0083太阳能；综合热价；经济效益；环境效益引言越来越具有投资价值。国内外学者通过不同手段对太阳能供暖进展了分析比较。卢奇[1]利用CFD技术对太阳能集热器、储热水箱、关心热源等进展了合理选择与优化设计。穆志军等[2]分析了所设计的太阳能发电和热水系统的最大量热水和最大电收益。何梓年等[3]认为太阳能吸取式空调及供热综合系统具备夏季空调、冬季供暖、过[4]等指出张家口地区承受太阳能低温地板辐射供暖完全可行。朱敦智等[5]从经济上考虑，太阳能供暖适宜替代电或油等能价比高的能源或适用于非供暖季节热水需求量大的场合；但替代自然气或其它能价比低的能源，投资经济性较差，投资回报主要表达在社会效益和环境效益方面。Shariah等[6]指出随着水箱容积与集热器面积配比值的增大，太阳能保证率会快速增加，随后变化趋于缓慢。AlirezaHobbi等[7]模拟太阳能83%～9730%～62%。中国的太阳能供热供暖工程应用仍处于起步阶段，而且进展不均衡。目前，在山东、江苏、浙江、安徽、北京等地已有太阳能供热的试点和示范，而东北地区的太阳能资源利用却相对较少。以哈尔滨、长春和沈阳为例，争论东北地区太阳能供暖系统的经济效益和环境效益。计算结果说明：太阳能与集中供暖作为热源时的综合能源价格最低，太阳能与电加热器作为热源的综合能源价格最CO2、SO2区承受太阳能供暖进展供给参考依据。太阳能集热器面积计算为保证太阳能的充分利用，太阳能系统除在供暖期供给供暖热水外，在非供暖期供给生活用水。选用建筑面积F为300m2，承受间接式太阳能低温热水地板辐射供暖。以长春市(供暖期天数为167d)为例，其建筑设计热负荷指标qf为52.04W/m2，表1说明其月最低太阳辐射量H消灭在12月，为5.94MJ/(d.m224h8h，缺乏的热负荷由关心热源供给。供暖期建筑热负荷：Q=qf×F=52.04×300=15612W每平方米集热器供给的热量：Qt=5940000/8/3600=206.08W/m2所需集热器面积：A=15612/206.08/0.52=145.69m252146m21.3∶1关心热源和热水热耗量计算QF=QZ-QT(1)QFMJ/d;QTMJ/d。146m2，在供暖期内，由太阳能所供给的日热量为：QT=146×5.94×0.52=450.59MJ/d建筑物日热负荷：MJ/d关心热源热负荷：QF=1348.88-450.59=898.29MJ/dQd=qrcρ(tr-tLm/86400(2)QdW；qr，L/(cap·d)；c，c=4187J/(kg·K)；ρkg/m3；tr，60tL6～1010℃；m5100L，代入公式(2)得：Qd=1211.52W=104.675MJ/dQT=866.96MJ/d>Qd=106.475MJ/d即146m2的太阳能集热器所得的太阳能的热量能够满足用户在非供暖期的生活用水的热量。经济效益分析以文献[1]中综合能源价格法对该系统进展经济性分析。该系统费用包括两个方面：①初投资：安装太阳能供热系统的各项材料费、人工费等；②运行费用：在使用期间，用于系统运行和维护所消耗的费用。所谓综合能源价格，指的是在系统使用年限内，费用总和与在此期间内系统所供给能量总和的比值。并将系统各个时间段内的费用做净现值处理。(3)MRMB/MJ；Vn15ZnnRMB；i3EttMJ。承受太阳能和关心热源作为共同热源，假设除热源外的其他设备一样。并和热源为单一自然气比照。热源的组成形式有以下6种方案：太阳能与自然气、太阳能与电加热器、太阳能与集中供暖、太阳能与电锅炉、太阳能与生物质和自然气。计算长春市各热源供温存生活用水联合方案的综合能源价格表如表2所示。类比长春市，计算的哈尔滨市和沈阳市的各热源供温存生活用水联合方案3424h24h非供暖期的生活热水所需要的热量。建筑面积为300m2，以15a为系统的使用年限来分析，从表2、3和4显示太阳能与集中供暖作为热源时综合能源价格价最低，其次为太阳能与生物质、太阳能与自然气、太阳能与电加热器和太阳能与电锅炉。与文献[8]中所计算的洛阳地区相比：当太阳能与自然气、太阳能与电加热器和太阳能与集中供暖分别作为热源时，东北地区虽然在年运行费用、初投资和总投资均高于洛阳地区，但上述3种方案的综合能源价格均低于洛阳地区的综合能源价格，因此东北地区更加有利于进展太阳能供暖系统。大)，这主要是由于自然气系统的初投资和总投资远远低于其他五种方案，因此太阳能供暖系统具有肯定的经济性。环境效益分析由于太阳能供暖系统初投资很大，在承受太能能系统时，综合热价并不是最低的，但是其作为一种清洁能源，由于大量吸取利用太阳能，从而可取代了大量石化能源，可大量削减温室气体、有害气体的排放，因此，该系统具有较高的300m215CO2(4)kg；FCO25Eff0.65；ΔQsaveMJ/年；nW29.308MJ/kg；6从表6可以看出太阳能系统可有效削减CO2的排放，缓解全球气候变暖。由SO2PM2.5结论和关心热源共同体作为热源时，太阳能与集中供暖作为热源时综合能源价格价最低，太阳能与电锅炉作为热源时综合能源价格价最高，其次为太阳能与生物质、太阳能与自然气和太阳能与电加热器。CO2、SO2PM2.5参考文献：卢 奇.太阳能低温地板辐射采暧系统的争论 [D].南京：南京理工大学，2023.穆志君，刘晓婧，葛志松，等.小型家用太阳能发电和热水系统的争论[J].2023(7)32～37.[J].太阳能学202322(1)6～11.刘洪杰,刘俊峰,李建平,等.太阳能供暖在张家口地区的应用[J].湖北农业科202352(9)2161～2163.朱敦智，芦潮，刘君.太阳能供暖技术及系统设计[J].建筑热能通风空调，2023，26(2)51～54.ShariahAM.Theoptimizationoftank-volume-to-collector-arearatioforathermosyphonsolarwaterheater[J].RenewableEnergy,1996,7(3):289～300.HobbiA,SiddiquiK.OptimaldesignofaforcedcirculationsolarwaterheatingsystemforaresidentialunitincoldclimateusingTRNSYS[J].SolarEnergy,2023,83(5):700～714.[J].建2023464～66.【文献来源】“://zhangqiaokeyan