太阳能热水器经济性能的评价

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1、母 第 卷 第 期 太 阳 能 学 报年 月 一太 阳 能 热 水 器 经 济 性 能 的 评 价张 正 敏中 国 科 学 院 自 然 资 源 综 合 考 察 委 员 会摘 要本 文 推 导 并 提 出 了 评 价 热 水 器 经 济 特 性 的 计 算 公 式 和 相 应 的 一 尸 图 。 利 用 这 些 公 式 和 图 表 ,对 我 国 现 行 热 水 器 的 经 济 性 能 及 其 合 理 使 用 范 围 进 行 了 初 步 的 评 价 与 研 究 。 指 出 目 前 热 水 器 的 经 济性 差 , 适 宜 于 特 定 条 件 下 推 广 应 用 并 提 出 研 制 廉 价 的 、

2、有 较 高 转 换 效 率 的 热 水 器 , 以 及 研 究 解 决热 水 器 的 冬 季 运 行 问 题 , 是 改 善 其 经 济 性 能 的 关 键 。 一 旦 热 水 器 的 单 位 造 价 下 降 到 元 以 内 , 效牢 进 一 步 提 高 到 万 , 在 我 国 北 方 的 许 多 地 区 和 南 方 的 一 部 分 地 区 使 用 将 是 经 济 合 理 的 。一 、 引 言平 板 型 太 阳 能 热 水 器 结 构 简 单 , 维 护 方 便 , 节 省 燃 料 , 运 行 费 用 很 低 但 是 这 种 设 备的 初 投 资 和 钢 材 消 耗 却 很 大 , 比 常 规

3、 能 源 设 备 锅 炉 分 别 高 出 十 至 十 几 倍 。 因 而 太 阳 能 热 水器 的 应 用 , 必 须 注 意 它 的 经 济 效 果 。由 于 使 用 部 门 、 行 业 不 同 , 热 负 荷 特 性 不 同 , 对 热 水 器 的 要 求 亦 不 同 。 地 区 不 同 , 日 照 、气 温 及 其 它 能 源 资 源 条 件 也 不 相 同 , 对 使 用 热 水 器 的 经 济 效 果 也 不 同 。 因 此 , 为 了 经 济 合 理地 推 广 使 用 太 阳 能 热 水 器 , 需 要 对 现 行 热 水 器 的 经 济 性 作 出 评 价 , 而 且 需 要 与

4、 常 规 能 源 设 备作 进 一 步 的 经 济 比 较 。二 、 比 较 的 标 准 和 方 法比 较 对 象影 响 太 阳 能 热 水 器 经 济 特 性 的 因 素 很 多 , 除 了 与 热 水 器 本 身 的 结 构 、 运 行 情 况 以 及 气 温 、风 速 、 太 阳 辐 射 等 条 件 有 密 切 关 系 之 外 , 与 常 规 能 源 的 价 格 、 单 位 发 热 值 、 热 转 换 效 率 也 有关 。 这 是 因 为 采 用 热 水 器 的 基 本 目 的 之 一 , 即 在 于 节 省 常 规 能 源 。 如 果 热 水 器 所 替 代 的 常 规能 源 设 备

5、转 换 效 率 越 低 , 燃 料 的 单 位 发 热 值 越 小 , 价 格 越 高 , 热 水 器 的 经 济 性 能 就 越 好 反之 越 差 。 所 以 , 使 用 太 阳 能 热 水 器 是 否 合 理 , 通 常 需 要 与 消 耗 常 规 能 源 的 设 备 进 行 比 较 。在 这 里 , 作 为 与 热 水 器 进 行 技 术 经 济 比 较 的 对 象 , 应 符 合 下 列 条 件具 有 与 热 水 器 相 同 或 相 当 的 产 热 能 力具 有 与 热 水 器 相 同 或 类 似 的 使 用 目 的与 热 水 器 比 较 , 能 提 供 相 同 或 类 似 品 质 的

6、 热 能 。参 加 研 究 工 作 的 还 有 吉 小 云 、 杨 富 强 、 辛 定 国 同 志 。指 包 括 集 热 器 、 贮 水 箱 、 支 架 及 联 接 管 道 在 内 的 整 个 系 统 , 下 同 。太 阳 能 学 报 卷从 我 国 的 实 际 使 用 看 , 太 阳 能 热 水 器 主 要 用 来 为 生 产 和 生 活 提 供 一 的 热 水 , 这 与热 水 锅 炉 的 作 用 基 本 相 同 。 热 水 器 的 采 光 面 积 主 要 取 决 于 负 荷 的 大 小 , 但 是 常 见 的 热 水 器 采光 面 积 多 在 平 方 米 以 下 。 经 计 算 , 平 方

7、 米 的 太 阳 能 热 水 器 全 年 的 产 热 量 以 北 京 地 区为 基 础 约 相 当 于 容 水 量 为 吨 时 的 热 水 锅 炉 的 年 产 热 量 。 因 此 , 本 文 关 于 热 水 器 经 济 特性 的 讨 论 均 限 于 这 个 范 围 , 并 均 以 小 型 燃 煤 热 水 锅 炉 为 比 较 对 象 。标 准 和 计 算 方 法热 水 器 经 济 性 能 的 好 坏 , 可 利 用 总 产 值 扣 除 总 消 耗 后 所 剩 下 的 “ 净 收 入 ” 这 一 指 标 。 净 收入 愈 多 , 经 济 性 愈 好 。 因 此 , 把 常 规 能 源 设 备 和

8、热 水 器 的 净 收 人 加 以 比 较 , 即 可 确 定 热 水 器是 否 经 济 合 理 。假 定 热 水 器 和 燃 煤 热 水 锅 炉 的 年 负 荷 完 全 相 同 , 热 水 器 在 其 使 用 年 限 内 所 提 供 的 总产 值 为 元 , 热 水 锅 炉 在 相 同 的 年 限 内 提 供 的 总 产 值 为 元 , 相 应 的 费 用 消 耗 分 别 为 和元 , 根 据 净 收 入 的 定 义 , 热 水 器 的 合 理 条 件 为, 一 一由 于 负 荷 完 全 相 同 , 热 水 器 和 热 水 锅 炉 所 提 供 的 热 能 品 质 基 本 相 当 , 因 此

9、击 。式 可 简 化 为, 、 由 两 部 分 费 用 构 成 。 一 为 装 置 的 基 本 投 资 费 用 , 包 括 设 备 材 料 、 制 造 和 安 装 费 用一 为 年 运 行 费 用 , 如 每 年 消 耗 的 燃 料 费 对 于 太 阳 能 热 水 器 此 项 等 于 、 装 置 的 维 护 保 养 费 、以 及 人 员 工 资 等 。式 清 楚 地 说 明 , 重 要 的 问 题 在 于 正 确 确 定 和 仇 。 而 和 的 大 小 与 负 荷 特 点 ,或 者 与 方 案 的 组 成 有 直 接 的 关 系 。 下 面 分 别 予 以 研 讨 。连 续 供 热鉴 于 太

10、阳 能 的 不 稳 定 性 和 间 断 性 , 为 了 确 保 用 户 的 需 要 , 采 用 太 阳 能 热 水 器 供 热 , 必 须同 时 考 虑 相 应 的 贮 能 系 统 或 其 它 辅 助 加 热 措 施 , 以 保 证 夜 晚 、 阴 雨 天 及 冬 季 对 热 能 的 需 要 。我 国 目 前 比 较 现 实 的 办 法 是 与 锅 炉 联 合 使 用 。 这 样 即 形 成 太 阳 能 一 锅 炉 联 用 与 单 一 使 用 锅 炉二 者 之 间 的 比 较 。 在 这 种 情 况 下 , , 。式 中, 太 阳 能 热 水 器 在 其 使 用 年 限 内 的 全 部 投 资

11、 费 用 , 元 。, 太 阳 能 热 水 器 在 其 使 用 年 限 内 所 支 付 的 全 部 运 行 费 用 , 元 。 与 热 水 器 生 产 能 力 相 当 的 燃 煤 热 水 锅 炉 在 相 同 的 使 用 年 限 内 的 全 部 投 资 费 用 ,兀 。 , 与 热 水 器 配 合 使 用 的 燃 煤 热 水 锅 炉 在 相 同 使 用 年 限 内 所 支 付 的 全 部 运 行 费 用 ,元 。 一 与 热 水 器 生 产 能 力 相 当 的 燃 煤 热 水 锅 炉 , 单 一 使 用 时 , 在 相 同 的 使 用 年 限 内 所 支付 的 全 部 运 行 费 用 , 元 。

12、将 、 式 代 人 式 , 得期 张 正 敏 太 阳 能 热 水 器 经 济 性 能 的 评 价, , 。 一 。式 中 , , 和 , 为 , 一 , , 二 十 力 ”, 夕招式 的 右 端 , 即 。 一 。 , , 实 际 上 就 是 利 用 太 阳 能 热 水 器 所 节 省 的 燃 煤 费 用 乙 ,它 可 用 下 式 计 算乙 刀刀 ,名 刀 。十 夕 ” 一下将 、 、 式 代 人 式 , 得。 , , , 二 、 , 二 ” 一切 、 一 , 个刀 斤 ,名 叮 。 迎 兰 上 二 二 上夕 式 中石 太 阳 总 辐 射 强 度 , 大 卡 年 米 。刀 太 阳 辐 射 能

13、的 可 利 用 系 数 , 定 义 为。 日 平 均 气 温 的 全 年 晴 夭 日 照 总 辐 射 能 量一 , 一 一 一 一 一 一 又 丈 丁 下 , 而 高 爪 石 尸 习 不 石 屯 几 兀 面 万 飞 牙 一 ,一笙 牛 不 阳 四 芯 摘 溉 月 已 里所 以 作 这 样 的 规 定 , 主 要 基 于 目 前 我 国 太 阳 能 热 水 器 的 实 际 技 术 状 况 。 它 的 取 值 随 地 区 不 同而 异 。 根 据 计 算 , 北 京 为 , 上 海 为 , 广 州 为 。 太 阳 能 热 水 器 的 采 光 面 积 , 本 文 以 米 为 计 算 标 准 , 米

14、。刀 , 太 阳 能 热 水 器 系 统 的 平 均 转 换 效 率 , 。名 一 一 热 水 锅 炉 燃 用 煤 的 低 位 发 热 量 , 大 卡 公 斤 。 本 文 为 简 化 计 算 , 各 地 均 按 大卡 公 斤 计 。斤 。 热 水 锅 炉 的 平 均 热 效 率 。 据 调 查 这 类 锅 炉 热 效 率 很 低 , 本 文 为 简 化 计 算 , 各 地 均按 形 计 。尸 热 水 锅 炉 燃 烧 发 热 量 为 大 卡 公 斤 煤 的 价 格 , 元 公 斤 。夕 资 金 效 果 系 数 。 它 表 示 单 位 资 金 每 年 所 获 得 的 纯 收 入 与 单 位 资 金

15、 之 比 值 , 年 。 太 阳 能 热 水 器 的 单 位 投 资 费 用 , 元 米 。 太 阳 能 热 水 器 每 年 的 运 行 费 用 占 初 投 资 的 百 分 比 。 根 据 调 查 并 参 阅 文 献 及 有关 资 料 , 估 算 为 形 。式 即 为 评 价 太 阳 能 热 水 器 使 用 经 济 性 的 公 式 。 它 适 用 于 以 锅 炉 作 为 辅 助 加 热 的 供 热 系统 。式 分 子 表 示 热 水 器 在 年 内 所 消 耗 的 总 费 用 , 分 母 实 质 上 是 热 水 器 在 相 应 的 时 间 里 所创 造 的 总 价 值 。 如 果 分 式 的

16、比 值 等 于 或 小 于 , 则 意 味 着 太 阳 能 热 水 器 的 全 部 费 用 , 可 在 其使 用 期 内 依 靠 所 节 省 的 常 规 能 源 来 抵 偿 , 因 而 是 经 济 合 理 的 , 反 之 则 不 经 济 。为 了 简 化 计 算 和 便 于 分 析 , 将 各 系 数 代 入 式 , 并 以 。 表 示 其 分 式 比 值太 阳 能 学 报 卷” ” 夕 , , ” 。 。 , 夕 ” 一夕刀 刀 , ” 一 成间 断 供 热实 际 生 活 中 存 在 着 大 量 的 间 断 性 的 热 需 要 , 如 季 节 性 浴 池 以 及 某 些 非 连 续 生 产 和 生 活 的加 热 需 要 等 。 在 这 种 情 况 下 , 由 于 不 必 考 虑 辅 助 加 热 系 统 而 使 热 水 器 的 经 济 竞 争 能 力 大 大 提高 。 此 时, 夕 招 夕” 一。 ” 。 夕, 一夕根 据 式 , 同 样 可