太陽能熱泵供熱系統(tǒng)能耗分析

1太陽能采暖簡(jiǎn)介供暖和熱水供應(yīng)是中國(guó)能源消耗的一個(gè)重要方面。化石能源的大量消耗,使我國(guó)的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn),而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此,研究使用清潔的可再生能源-太陽能進(jìn)行供熱具有重要意義。主動(dòng)式太陽能采暖又可分為直接式和間接式。所謂直接式就是由太陽能集熱器加熱的熱水或空氣直接被用來供暖。所謂間接式就是集熱器加熱的熱水或者空氣溫度通過熱泵提高后再供暖。本文以一個(gè)單戶住宅建筑為研究對(duì)象,假定為100m2分析2.1太陽能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物目前的太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析一般以月平均值進(jìn)行分析,由于需求與供給之間的不匹配,太陽能未必轉(zhuǎn)化為有用收益。例如,在太陽能熱水供應(yīng)中,夏天收集的熱量往往用不完,只能放掉。本文以典型氣象年的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行工況模擬,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析2.2供熱供熱體制的經(jīng)濟(jì)分析要素目前,評(píng)價(jià)太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法,這兩種方法均側(cè)重于對(duì)太陽能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分析。而對(duì)太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是,確定針對(duì)使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案,即相對(duì)于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此,本文采用綜合能源價(jià)格法能源價(jià)格指的是購(gòu)買一定種類能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了開采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對(duì)于供熱供冷的系統(tǒng),在其有效使用期限內(nèi)的資金投入主要用于:(1)初投資:安裝供熱供冷系統(tǒng);(2)運(yùn)行費(fèi)用:在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。綜合能源價(jià)格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計(jì)綜合值與在此期間所提供能量總和的比值。它是一個(gè)將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟(jì)分析對(duì)象相對(duì)于提供單位能量所需費(fèi)用的參數(shù)。考慮到資金的動(dòng)態(tài)特性,即不同時(shí)期支出貨幣的價(jià)值是不相等的,本文在經(jīng)濟(jì)分析過程中,將綜合能源價(jià)格進(jìn)行現(xiàn)值處理。即通過將不同時(shí)期投入的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法,使資金投入時(shí)間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱(冷)的綜合能源價(jià)格,在同等價(jià)值條件下進(jìn)行比較。綜合能源價(jià)格現(xiàn)值的表達(dá)式為:式中:M———綜合能源價(jià)格現(xiàn)值,RMB/MJ;V———初投資,RMB;t———計(jì)算年數(shù);n———系統(tǒng)有效使用年限;Z———第t年使用費(fèi)用,RMB;i———銀行存款年利率;本文忽略通貨膨脹對(duì)銀行年利率的影響,i取常數(shù)。E3能源熱的加熱性能分析3.1太陽能熱泵采暖與天然氣鍋爐競(jìng)爭(zhēng)模擬年限為15年,逐日模擬。系統(tǒng)運(yùn)行方式為:采暖季節(jié),太陽能熱泵運(yùn)行,熱量不足時(shí),由鍋爐補(bǔ)充;其他季節(jié),熱泵停止運(yùn)行,集熱器供應(yīng)熱水,不足的熱量由鍋爐補(bǔ)充。模擬結(jié)果見表1。在北京和拉薩,太陽能熱泵采暖可以和天然氣鍋爐競(jìng)爭(zhēng)。在上海,仍處于劣勢(shì)。3.2太陽能熱泵采暖以北京為例,進(jìn)行下面的分析。(1)太陽能每日采暖小時(shí)數(shù)的影響一天中太陽能負(fù)責(zé)的小時(shí)數(shù)在8h左右時(shí),綜合熱價(jià)最低。但負(fù)擔(dān)8h和24h的綜合熱價(jià)相差不多(10%左右),對(duì)于集熱面積充足(比如3層以下的建筑),如果需要整日采暖,可由太陽能負(fù)責(zé)24h。而對(duì)于需要整日采暖的多層或高層建筑,可由太陽能只負(fù)責(zé)白天的采暖,而讓太陽能負(fù)責(zé)更多樓層的采暖,這樣既提高了經(jīng)濟(jì)性,又充分利用了太陽能。對(duì)于主要在白天使用的建筑,如教學(xué)樓、辦公樓等,用太陽能熱泵采暖就更加合適。(2)輔助熱源的影響運(yùn)行費(fèi)用在太陽能熱泵采暖中占有一定的比例,如果使用電加熱,整個(gè)采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變差,總投資增加了17%。(3)生活熱水用量的影響曲線存在一個(gè)最低點(diǎn)。當(dāng)日熱水用量為900L時(shí),系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性最好。900L的60℃熱水的熱量相當(dāng)于該建筑的采暖用熱量的45%。但一般家庭的每日用水量均小于900L,因此,在實(shí)際用水范圍內(nèi),熱水用量越大,經(jīng)濟(jì)性越好。4太陽能熱泵的經(jīng)濟(jì)性變差以北京為例。(1)附加能源的環(huán)保稅后太陽能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性電價(jià):0.85元/kWh,天然氣:2.5元/Nm由于熱泵需要消耗大量的電能,增加環(huán)保稅以后,煤電的價(jià)格大升,太陽能熱泵的經(jīng)濟(jì)性變差,比天然氣鍋爐高27.7%,失去競(jìng)爭(zhēng)力。(2)節(jié)能性分析假定熱電轉(zhuǎn)換綜合效率為0.3,折合成一次能源后,太陽能熱泵比天然氣鍋爐大約節(jié)約25%的標(biāo)煤,其節(jié)能性并沒有想象的那么顯著。(3)環(huán)境效益分析較之天然氣鍋爐,太陽能熱泵的SO5太陽能熱泵環(huán)境效益(1)太陽能熱泵比天然氣鍋爐節(jié)能,其節(jié)能性并沒有想象的那么顯著。(2)在以煤電為主的地區(qū),太陽能熱泵的環(huán)境效益在本文的分析條件下不如天然氣鍋爐。(3)