大丰维罗纳太阳能热水应用效能分析

■ 曾宪军 Zeng Xianjun

0 前言

我国太阳能资源十分丰富,全国有2/3以上的地区,年辐射总量大于502 万kJ /m2,年日照时数在2 000 h 以上。太阳能热水器的成熟技术是较为安全可靠、应用成本相对低廉。太阳能热水器热水的应用具有较好的经济性及明显的节能效果,对住宅建筑的居住能提供日常生活热水，对当前世界提倡减少碳排量降低温室效应具有积极意义。以下通过大丰维罗纳花园住宅小区对太阳能热水器的应用作效能分析。

1 效能分析

大丰市位于我国江苏北部的沿海腹地，属较寒冷地区，年日照度时间较长，有充足的太阳能资源可利用价值。大丰维罗纳花园住区在规划设计中充分利用了大丰的地理优势条件，对居住者都安装了太阳能热水器系统，为居住者每天都能有充足的热水供应储备。太阳能热水器提供的热水，不仅能满足日常生活用热水的需求，也能满足居住者采用热水转化成其他热能的潜在可能。对此，能否适应大丰沿海城市的较寒冷特性，通过太阳能热水器的热能计算，判断太阳能热水器的应用及经济价值显得非常重要。

按照大丰地区的地域特征，参考了常年的日照度、气温的变化等条件，对太阳能热水器每年所获得的热量Q进行计算：

式中 ：

β—太阳能辐射全年可利用系数，与当地气候特点、太阳辐射特点、大气透明度等因素有关，一般取β=0.58；

E—太阳能辐射总量，kJ/(m2·a)，每个地区所处纬度不同其辐射总量也不同；全国各地太阳年辐射总量中值为5×106kJ/(m2·a)；

ηs—太阳能热水系统的热效率，与太阳能 集热器的特性、热水的使用情况有关，一般取ηs=0.5；

F—太阳能热水器采光面积，m2。

大丰维罗纳花园住区的工程设定采用的热水器为的单根采光面积为0.078m2，每组太阳能热水器的根数为18根，则每组热水器的采光面积为1.404 m2；则每组太阳能热水器所获得的热量为：

若这部分热能采用电加热，则消耗的电量则为：

式中：

nd—电加热的效率为，一般取0.9；

q0—电的发热值，一般为3 595 kJ/(kw·h)

若利用太阳能热水器供应热水每年节约的费用为：

x—电价，现电价为0.62元；

n0=nx=630.5×0.62=390.91元。

同时，根据太阳能热水器投资回收期限的长短，也可以判断太阳能热水器的经济性。投资回收期限t为：

y —为每台太阳能热水器的总投资。

设定采用的18根管的热水器每台初次投资成本1 380元，则回收年限为：

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

太阳能热水器的使用寿命为15～20a。之中，可以直接看到太阳能热能资源利用的经济性，对利用太阳能源，节约自然资源，保护人与自然环境带来的潜在价值。

若这部分热量采用燃煤来换取，则需要消耗掉的煤为：

G=2.04×106×0.24/7000=69.9 kg/a

再若由燃煤锅炉提供热水，并由换热器转换热能，则耗煤量为：

G’=69.9/0.6×0.8=146kg/a

维罗纳花园住区工程使用的太阳能热水器台数为512台，则耗煤总量为：

由此得出：消耗自然资源煤的总量是惊人的，煤燃烧时还会产生大量的CO2、SO2、SO3等有毒有害气体，对当前世界提倡减少碳排量降低温室效应是极不利的。

2 环境分析

人类的生产与社会活动必然会引起环境发生变化。这些变化会对人与自然的共同生存和社会的持续发展起到不可忽视的作用，必须要从自然、经济、人文等多元角度对人类活动可能导致的环境变化进行综合评估和衡量。环境效益又可分为正效益、直接效益和间接效益。环境效益是经济效益和社会效益的基础，经济效益、社会效益也是环境效益的后果，三者互为条件，相互影响，是辩证统一的关系。人类的活动是要寻求这三者得以统一的活动方式和内容，即能使社会不断进步、经济持续发展，也能使环境得到保护的措施。

环境效益是对大气污染程度的直接衡量。除对大气污染的CO2外，NO2是氮氧化物的主要物质，在大气中含有浓度较高，同SO2一样，也都来自自然和人类的活动。除自然来源的二氧化氮外，导致环境污染的主要来源是被燃烧的物质。据统计，全世界人类活动产生的污染体，其中每年排出的氮氧化物大约为5 300万t。若人吸入过量的二氧化氮会对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，从而引起肺水肿等公共性的社会疾病。

其次是颗粒状的尘埃。有来自于自然界的风沙尘土等造成的颗粒物，也有是人类活动中产生的颗粒物，如工业废气和废弃物等。由于颗粒物常附着有毒金属元素及菌种病毒体，对人类与自然带来极大的生存危害。

再次是SO2是城镇中普遍存在的污染物。空气中的SO2主要来自火力发电及其他工业生产残余物，如来源于固定污染源燃料的燃烧、小型取暖锅炉和民用生活煤炉排放的废弃物。二氧化硫是有刺激性无色气体，在光合或空气中某些金属氧化物的催化作用下，极易被氧化成SO3。而SO3有很强的吸湿性，与水汽接触后形成硫酸雾，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，破坏自然环境造成大气污染主要来自于人类的生产和社会活动的效果不平衡的结果，燃煤是其中主要的因素。提倡减少碳排量降低温室效应达到人类与自然共存，必需要保护好环境。所以，大丰维罗纳花园住区从开发、规划、设计直到施工，对太阳能热水器的应用作了较深的调研。如一家三口的长期居住者：当不应用太阳能热水器时，日常生活用热水的月煤气用气量在75～100m3，煤气的燃料费在185～250元；当应用了太阳能热水器时，日常生活用热水全来自于太阳能热水器的供应储存，而煤气的用途只在于日常生活中的烹调料理。月煤气用气量一般在20～30m3，煤气的燃料费在50～75元。由此可见：应用太阳能热水器是一次性投入资本的措施，但对自然环境改善带来长期的环境效益，大丰维罗纳花园开发设计本着保护环境、爱护环境的理念，在保证合理利润的同时增加初次建设投资，为维罗纳花园住区的居住者提供了新的生活方式。

3 结语

大丰维罗纳花园住区建设顺应了大丰市城镇化发展需要，其太阳能热水器在新建住宅建设中的应用在大丰市也是屈指可数。因此，需不断地总结经验，以取得更大的经济效益和环境效益。