摘要：對于人類而言，太陽是非常重要的一顆恒星，為人類提供光和熱。太陽高溫、高壓，蘊藏著巨大的能量，不斷地通過光線向宇宙放射，太陽能是人類重要的無污染新型能源。

　　關(guān)鍵詞：太陽能;技術(shù); 應(yīng)用

　　Abstract: For humans, the sun is very important to a star, to provide mankind with light and heat. The sun was high temperature, high pressure, bears tremendous amounts of energy by light to the cosmic radiation; solar energy is an important human new non-polluting energy.

　　Key words: solar energy; technology; application

　　中圖分類號：TK51　文獻(xiàn)標(biāo)識碼　A 文章編號：

　　貫徹《可再生能源法》，按照《節(jié)能規(guī)劃》要求，充分利用太陽能和淺層地?zé)岬瓤稍偕�能源，通過先進(jìn)、使用的科學(xué)技術(shù)手段，將其應(yīng)用到現(xiàn)代建筑，實現(xiàn)建筑節(jié)能達(dá)到65%的國家標(biāo)準(zhǔn)，以推動可再生能源綜合利用技術(shù)在西寧地區(qū)乃至整個青海省的應(yīng)用和發(fā)展。本文通過工程實例，闡述太陽能技術(shù)的應(yīng)用效益。

　　本工程為青海省西寧市商業(yè)住房帝景花苑住宅小區(qū)內(nèi)雅惠苑小高層住宅群太陽能熱水系統(tǒng)工程，由10幢18層小高層住宅組成，本次太陽能熱水系統(tǒng)覆蓋總建筑面積為117000㎡。本項目采用集中式太陽能熱水系統(tǒng)，利用建筑群特有的建筑風(fēng)格，實現(xiàn)太陽能熱水器與建筑的一體化，太陽能集熱效率不低于60%，太陽能保證率不低于70%。

　　一、太陽能能源優(yōu)缺點：

　　(1)、普遍：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且無需開采和運輸。

　　(2)、無害：開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越 來越嚴(yán)重的今天，這一點是極其寶貴。

　　(3)、巨大：每年達(dá)到地球表面的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。

　　(4)、長久：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率計算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。

　　(5)、分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但相對分散。

　　(6)、不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好的解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜天或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。

　　二、太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)點：

　　(1)、環(huán)保效益：相對于使用化石燃料制造熱水，能減少對環(huán)境的污染及溫室氣體—二氧化碳的產(chǎn)生。

　　(2)、節(jié)省能源：太陽能是屬于每個人的能源，只要有場地與設(shè)備，任何人都可免費使用它。

　　(3)、安全：不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危險，或使用燃料油鍋爐有爆炸的顧慮，或使用電力會有漏電的可能

　　(4)、不占空間：不需專人操作自動運轉(zhuǎn)。另外，太陽能熱水系統(tǒng)裝在屋 頂，不會占用任何室內(nèi)空間。

　　(5)、具經(jīng)濟(jì)效益：正常的太陽能熱水器是不易損壞，壽命至少在十年以上，甚至有到二十年的，因為基本熱源為免費得太陽能，所以使用它時分符合經(jīng)濟(jì)成本效益。

　　三、太陽能系統(tǒng)方案的設(shè)計概述

　　(一)項目設(shè)計方案本著充分利用太陽能資源，減少運行費用、節(jié)能環(huán)保的設(shè)計理念和基本準(zhǔn)則，結(jié)合本工程項目設(shè)計狀況。本設(shè)計將采用集中集熱、分戶采熱的方式為雅惠苑小區(qū)提供熱水供應(yīng)，并輔以壁掛鍋爐輔助加熱，通過強制循環(huán)加熱的方式使太陽能利用最大化。

　　(二)該太陽能項目位于青海省西寧市城北區(qū)生物園區(qū)的帝景花苑·雅惠苑小區(qū)，擬實施太陽能熱水系統(tǒng)的樓棟為10棟。每棟樓分兩個單元，每層一梯三戶及每層一梯四戶兩種。每戶設(shè)計安裝一臺80L的承壓換熱水箱，太陽能集熱器選用真空管式集熱器，安裝在屋頂。

　　(三)青海省西寧地區(qū)的太陽輻射資源

　　青海西寧地區(qū)不同斜面上的太陽輻照量是不同的，且隨月份(季節(jié))變化而變化。對于全年使用的太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能輻照量一般按年平均值設(shè)計計算。對于橫插管式太陽能集熱器，既可以采取單排安裝的方式，也可以對集熱器進(jìn)行串并聯(lián)后組成一個斜面上的大型矩陣，這樣做的好處是可以充分利用安裝場地。

　　(四)太陽能集熱器擺放傾角的確定：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50364-2005的相關(guān)規(guī)定，全年使用的豎插管式太陽能集熱器的安裝傾角宜取與當(dāng)?shù)鼐暥认嗟�。對于全年使用的橫插管式太陽能集熱器的安裝傾角，可根據(jù)安裝場地的緯度和集熱器產(chǎn)品的具體參數(shù)選擇較小的安裝傾角。具體選取的依據(jù)為：冬至日太陽高度角情況下，不出現(xiàn)東西向放置的真空管間的遮擋。

　　本工程中TP58*1800-50SH型集熱器的真空管直徑為58mm，吸收體直徑為47mm，管與管的中心間距為65mm，該項目位于北緯36°35′左右，冬至日的太陽高度角約為58°。該型號產(chǎn)品在青海地區(qū)安裝時，在滿足冬至日不出現(xiàn)真空管間遮擋條件的情況下，允許的最小安裝傾角為5°～10°左右。因此查表1，取太陽集熱器水平面年平均日照量15.636MJ/㎡·d作為設(shè)計值。

　　(五)全玻璃真空管集熱器的熱效率

　　全玻璃真空管集熱器系統(tǒng)類型為敞口系統(tǒng)。太陽能為低溫?zé)嵩聪到y(tǒng)，設(shè)計計算出水溫度為55℃(可直接用于洗浴的熱水溫度)。在此設(shè)計溫度范圍內(nèi)，太陽能系統(tǒng)具有較高集熱效率，

　　1、冷水溫度確定：根據(jù)我國的多個給水相關(guān)規(guī)范規(guī)定，地下水溫一般為10～15℃，地面水溫一般為4℃左右。本項目中，太陽能全年使用，取冷水溫度為10℃。

　　2、太陽能集熱面積確定：

　　TP58*1800-50S全玻璃真空管集熱器的熱性能檢測報告中，由《國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(北京)》給出的集熱器瞬時效率曲線方程(基于采光面積、進(jìn)口溫度)為：

　　真空管集熱器的熱效率隨tm(太陽集熱器進(jìn)出口平均溫度)與ta(環(huán)境溫度)的溫差與太陽輻照度的比值(tm- ta)/G的變化而變化。也就是說，要求的產(chǎn)熱水溫度越低，環(huán)境溫度越高，真空管的熱效率就越高;反之，則越低。

　　西寧地區(qū)的年平均室外溫度為：6.2℃，取年平均溫度作為計算依據(jù)，即ta=6.2℃。取集熱器采光面上日射輻照度G=850W/㎡，西寧地區(qū)，冷水溫度取10℃，熱水溫度取55℃，則ti = (55℃+10℃) =32.5℃，由此可計算出西寧地區(qū)水平坐標(biāo)的數(shù)值x =( 32.5℃-6.2℃)/850 W/㎡=0.031 ㎡K/ W。

　　則太陽能集熱器基于采光面積年均效率為:當(dāng)水平坐標(biāo)數(shù)值x =0.031 ㎡K/ W時, η=0.54。

　　3、太陽能集熱面積的計算

　　間接系統(tǒng)的集熱面積計算公式如下：

　　經(jīng)過計算，各樓棟所需集熱如下表

　　帝景花園·雅惠苑小區(qū)集熱器組數(shù)總戶數(shù)總集熱面積(㎡)實際集熱面積(㎡)

　　一梯3戶18層2054154.63150

　　11層123379.1190

　　一梯4戶18層2672234.95195

　　11層1844116.31135

　　三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

　　太陽能熱水系統(tǒng)是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置，是目前太陽熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價值、技術(shù)最成熟且以商業(yè)化的一項應(yīng)用產(chǎn)品。

　　1、工程項目投資概算

　　本項目太陽能熱水系統(tǒng)部分的總投資概算約為583.72萬元。

　　2、可再生能源建筑應(yīng)用部分增量成本概算(包括計算基準(zhǔn))

　　太陽能光熱建筑應(yīng)用一體化技術(shù)總投資為5837200元，如果每戶安裝一個80L的電熱水器，按照市場價格為2180元/臺，則總投資為2275920元，則本項目的增量成本為3561280元。

　　建筑名稱示范面積投資概算增量成本

　　帝景花苑·雅惠苑117000㎡5837200元49元/㎡

　　3、效益分析

　　1)、太陽能系統(tǒng)產(chǎn)熱量計算以17號樓計算(一單元18層一梯四戶共計72戶+二單元一梯四戶11層44戶)。

　　系統(tǒng)每天的總供熱水量為：每戶一個80L的儲熱水箱的熱水，共計116戶，另加樓頂2個500L的緩沖水箱的熱水，共計熱水量為10280L。總耗煤量為1.18×106KJ,計算如下：

　　Q=Cpm T=4.187×10280L×(55-10)= 1.94×106KJ

　　式中：Q—該熱水系統(tǒng)運行需要的能量(KJ);

　　Cp—水的定壓熱容(Cp=4.187kJ/Kg·℃)

　　T—水的溫升(即熱水溫度與基礎(chǔ)水溫之差)

　　M—水的質(zhì)量(Kg)

　　太陽能保證率為70%，則太陽能系統(tǒng)的產(chǎn)熱量：

　　1.94×106KJ×70%=1.36×106KJ

　　則本小區(qū)10幢樓太陽能系統(tǒng)總產(chǎn)熱量約為Q =13.6×106KJ

　　2)、其他能源及設(shè)備的參數(shù)

　　標(biāo)準(zhǔn)煤的當(dāng)量熱值為29298 kJ/Kg 燃煤鍋爐的效率為78%

　　電的當(dāng)量熱值：3600KJ/KWH 電鍋爐的效率為97%

　　計算中應(yīng)考慮能源費用的自然增長因素，以15年為一個周期，按每年5%增常率取平均值，取值為電：0.60元/ KWH

　　3)、太陽能系統(tǒng)所節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤的量

　　每年產(chǎn)生的能量折合為標(biāo)準(zhǔn)煤的量：13.6×106KJ/(29298×78%)=595KG

　　15年所節(jié)省的標(biāo)準(zhǔn)煤的量=595Kg×365天×15年=3257625Kg≈3257噸

　　4)、太陽能系統(tǒng)所節(jié)約的耗電量

　　每天產(chǎn)生能量折合為耗電量：13.6×106KJ/(3600×97%)=3895KWH

　　15年所節(jié)省的耗電量=3895KWH×365天×15年=21325125KWH

　　15年所節(jié)省的電費=21325125KWH×0.60元/ KWH=12795075元≈1279萬元

　　5)、項目費效比

　　費效比就是投入費用和產(chǎn)出效益的比值。

　　費效比=增量成本/所應(yīng)用技術(shù)在壽命內(nèi)常規(guī)能源代替量。

　　6)、本工程太陽能光熱建筑應(yīng)用一體化技術(shù)總投資為5837200元，如果每戶安裝一個80L的電熱水器，按照市場價格為2180元/臺，則總投資為2275920元，則本項目的增量成本為3561280元。預(yù)計投資的可再生能源設(shè)備使用年限內(nèi)(太陽能使用年限為15年)可節(jié)省用于生活熱水的總電量安好城市電價0.6元/KWH計算，考慮銀行利息，常規(guī)能源漲價等因素，15年使用時間折合人民幣save=319.169萬元。

　　7)、太陽能系統(tǒng)節(jié)能收益

　　每年的節(jié)能量乘以每年的常規(guī)能源價格減去當(dāng)年的維護(hù)費用，即為每年的節(jié)能收益，每年的維護(hù)費用為增投資的1%

　　據(jù)Cs=△QsaveCc-Cm

　　可得Cc=817392元≈82萬元，即每年的節(jié)能收益約為82萬元。

　　4、節(jié)能預(yù)測分析

　　太陽能熱水、采暖系統(tǒng)最重要的特點是充分利用太陽能，節(jié)約常規(guī)能源的消耗。因此對太陽能熱水、采暖系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能效益分析非常重要，節(jié)能效益分析是評價太陽能熱水、采暖系統(tǒng)的一個方面，也是系統(tǒng)方案選擇的重要依據(jù)。

　　相對于熱水、采暖系統(tǒng)在壽命期內(nèi)消費的特點是初投資大而運行費用低，初期投資大是因為太陽能熱水、采暖系統(tǒng)是在常規(guī)熱水、采暖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了太陽能集熱系統(tǒng)因此增加初投資;運行費用低，則是因為充分利用太陽能提供生活熱水、采暖而減少了常規(guī)能源的消耗。

　　太陽能熱水、采暖系統(tǒng)的節(jié)能效益分析評定指標(biāo)包括：太陽能熱水、采暖系統(tǒng)的年節(jié)能量;太陽能熱水、采暖系統(tǒng)的節(jié)能費用——簡單年節(jié)能費用和在壽命期內(nèi)的總節(jié)能費用。以及太陽能熱水系統(tǒng)的環(huán)保效益——二氧化碳減排量等。

　　5、 環(huán)境影響分析

　　燃煤煙塵排放量計算：

　　(1) 燃煤SO2排放量計算：

　　SO2排放量=2×0.8×耗煤量(噸)×煤中的含硫量(1.5%)

　　=2×0.8×3257噸×1.5%=78.17噸

　　(2) 燃煤NOX排放量計算：

　　NOX排放量=1.63×耗煤量(噸)×(燃煤中氮的含量(1.5%)×燃煤中氮的NOX轉(zhuǎn)化率(25%))。

　　=1.63×3257噸×1.5%×25%=19.9噸

　　總結(jié)：則本小區(qū)10幢樓的太陽能熱水系統(tǒng)15年可節(jié)約：減少粉塵排放：32.57噸;減少SO2排放：78.17噸;減少NOX排放19.9噸。

　　以上數(shù)據(jù)表明，太陽能能源應(yīng)用的效益不論從社會效益、節(jié)能效益、環(huán)保效益，還是居住成本數(shù)據(jù)都是可觀的。

　　五、太陽能技術(shù)的節(jié)能減排

　　對于人類而言，太陽是非常重要的一顆恒星，為人類提供光和熱。太陽高溫、高壓，蘊藏著巨大的能量，不斷地通過光線向宇宙放射，太陽能是人類重要的無污染新型能源。當(dāng)太陽光線到達(dá)地球時，一部分被大氣吸收，絕大部分可以直接照射到地球表面。地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、氣候條件和大氣層成分等因素，都對地球上接受到的太陽能產(chǎn)生影響，也就是說，在地球不同的地區(qū)受到的光照不同的。中國所處的位置是地球上太陽能最豐富的地區(qū)之一。

　　作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國的節(jié)能減排工作根偉艱巨，與我國的快速發(fā)展息息相關(guān)。衛(wèi)生熱水能耗占我國民用建筑能耗比重的20—30%，因此生活熱水的節(jié)能是我國研究節(jié)能減排的重要課題。目前，太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能效益明顯，已逐漸為社會所接受。高層建筑是我國民用住宅建筑的發(fā)展方向，解決高層建筑的太陽能熱水解決方案，是太陽能光熱應(yīng)用的必要課題，必將對太陽能的推廣應(yīng)用起到引領(lǐng)與示范作用。

　　人類利用太陽能有多種方式，包括光化學(xué)轉(zhuǎn)化、太陽能光熱轉(zhuǎn)化和太陽能光電轉(zhuǎn)化。其中我們常用的是太陽能光熱轉(zhuǎn)化和太陽能光電轉(zhuǎn)化，利用太陽能的光熱轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)人們的日常熱用水，利用太陽能的觀點轉(zhuǎn)化來儲存電能，用于日常照明、工藝生產(chǎn)。

　　結(jié)論：

　　太陽能是極具潛力的潔凈新能源，與煤、石油及核能相比，它具有獨特的優(yōu)點：一是沒有使用礦物燃料或核燃料時所產(chǎn)生的有害廢渣和氣體，不污染環(huán)境;二是沒有地域和資源的限制，有陽光的地方就可以利用，使用方便且安全;三是能源沒有限制，屬于可再生能源;五是太陽能是初投資大，后期運行費用較低，與其他能源相比更具有經(jīng)濟(jì)效益。因此，太陽能的研究和應(yīng)用是今后人類能源發(fā)展的主要方向之一。