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。

　　關鍵詞：太陽能;技術; 應用

　　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　文獻標識碼　A 文章編號：

　　貫徹《可再生能源法》，按照《節能規劃》要求，充分利用太陽能和淺層地熱等可再生能源，通過先進、使用的科學技術手段，將其應用到現代建筑，實現建筑節能達到65%的國家標準，以推動可再生能源綜合利用技術在西寧地區乃至整個青海省的應用和發展。本文通過工程實例，闡述太陽能技術的應用效益。

　　本工程為青海省西寧市商業住房帝景花苑住宅小區內雅惠苑小高層住宅群太陽能熱水系統工程，由10幢18層小高層住宅組成，本次太陽能熱水系統覆蓋總建筑面積為117000㎡。本項目采用集中式太陽能熱水系統，利用建筑群特有的建筑風格，實現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，可直接開發和利用，且無需開采和運輸。

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

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

　　(4)、長久：根據目前太陽產生的核能速率計算，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：到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但相對分散。

　　(6)、不穩定性：由于受到晝夜、季節、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，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規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節之一。

　　二、太陽能熱水系統優點：

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

　　(2)、節省能源：太陽能是屬于每個人的能源，只要有場地與設備，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。另外，太陽能熱水系統裝在屋 頂，不會占用任何室內空間。

　　(5)、具經濟效益：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濟成本效益。

　　三、太陽能系統方案的設計概述

　　(一)項目設計方案本著充分利用太陽能資源，減少運行費用、節能環保的設計理念和基本準則，結合本工程項目設計狀況。本設計將采用集中集熱、分戶采熱的方式為雅惠苑小區提供熱水供應，并輔以壁掛鍋爐輔助加熱，通過強制循環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生物園區的帝景花苑·雅惠苑小區，擬實施太陽能熱水系統的樓棟為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)青海省西寧地區的太陽輻射資源

　　青海西寧地區不同斜面上的太陽輻照量是不同的，且隨月份(季節)變化而變化。對于全年使用的太陽能熱水系統，太陽能輻照量一般按年平均值設計計算。對于橫插管式太陽能集熱器，既可以采取單排安裝的方式，也可以對集熱器進行串并聯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：根據國家標準《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》GB50364-2005的相關規定，全年使用的豎插管式太陽能集熱器的安裝傾角宜取與當地緯度相等。對于全年使用的橫插管式太陽能集熱器的安裝傾角，可根據安裝場地的緯度和集熱器產品的具體參數選擇較小的安裝傾角。具體選取的依據為：冬至日太陽高度角情況下，不出現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°。該型號產品在青海地區安裝時，在滿足冬至日不出現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類型為敞口系統。太陽能為低溫熱源系統，設計計算出水溫度為55℃(可直接用于洗浴的熱水溫度)。在此設計溫度范圍內，太陽能系統具有較高集熱效率，

　　1、冷水溫度確定：根據我國的多個給水相關規范規定，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量監督檢驗中心(北京)》給出的集熱器瞬時效率曲線方程(基于采光面積、進口溫度)為：

　　真空管集熱器的熱效率隨tm(太陽集熱器進出口平均溫度)與ta(環境溫度)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，要求的產熱水溫度越低，環境溫度越高，真空管的熱效率就越高;反之，則越低。

　　西寧地區的年平均室外溫度為：6.2℃，取年平均溫度作為計算依據，即ta=6.2℃。取集熱器采光面上日射輻照度G=850W/㎡，西寧地區，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水平坐標的數值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:當水平坐標數值x =0.031 ㎡K/ W時, η=0.54。

　　3、太陽能集熱面積的計算

　　間接系統的集熱面積計算公式如下：

　　經過計算，各樓棟所需集熱如下表

　　帝景花園·雅惠苑小區集熱器組數總戶數總集熱面積(㎡)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、技術經濟分析

　　太陽能熱水系統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，是目前太陽熱能應用發展中最具經濟價值、技術最成熟且以商業化的一項應用產品。

　　1、工程項目投資概算

　　本項目太陽能熱水系統部分的總投資概算約為583.72萬元。

　　2、可再生能源建筑應用部分增量成本概算(包括計算基準)

　　太陽能光熱建筑應用一體化技術總投資為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)、太陽能系統產熱量計算以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(即熱水溫度與基礎水溫之差)

　　M—水的質量(Kg)

　　太陽能保證率為70%，則太陽能系統的產熱量：

　　1.94×106KJ×70%=1.36×106KJ

　　則本小區10幢樓太陽能系統總產熱量約為Q =13.6×106KJ

　　2)、其他能源及設備的參數

　　標準煤的當量熱值為29298 kJ/Kg 燃煤鍋爐的效率為78%

　　電的當量熱值：3600KJ/KWH 電鍋爐的效率為97%

　　計算中應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)、太陽能系統所節約標準煤的量

　　每年產生的能量折合為標準煤的量：13.6×106KJ/(29298×78%)=595KG

　　15年所節省的標準煤的量=595Kg×365天×15年=3257625Kg≈3257噸

　　4)、太陽能系統所節約的耗電量

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

　　15年所節省的耗電量=3895KWH×365天×15年=21325125KWH

　　15年所節省的電費=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出效益的比值。

　　費效比=增量成本/所應用技術在壽命內常規能源代替量。

　　6)、本工程太陽能光熱建筑應用一體化技術總投資為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。預計投資的可再生能源設備使用年限內(太陽能使用年限為15年)可節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)、太陽能系統節能收益

　　每年的節能量乘以每年的常規能源價格減去當年的維護費用，即為每年的節能收益，每年的維護費用為增投資的1%

　　據Cs=△QsaveCc-Cm

　　可得Cc=817392元≈82萬元，即每年的節能收益約為82萬元。

　　4、節能預測分析

　　太陽能熱水、采暖系統最重要的特點是充分利用太陽能，節約常規能源的消耗。因此對太陽能熱水、采暖系統進行節能效益分析非常重要，節能效益分析是評價太陽能熱水、采暖系統的一個方面，也是系統方案選擇的重要依據。

　　相對于熱水、采暖系統在壽命期內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、采暖系統是在常規熱水、采暖系統的基礎上增加了太陽能集熱系統因此增加初投資;運行費用低，則是因為充分利用太陽能提供生活熱水、采暖而減少了常規能源的消耗。

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

　　5、 環境影響分析

　　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轉化率(25%))。

　　=1.63×3257噸×1.5%×25%=19.9噸

　　總結：則本小區10幢樓的太陽能熱水系統15年可節約：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。

　　以上數據表明，太陽能能源應用的效益不論從社會效益、節能效益、環保效益，還是居住成本數據都是可觀的。

　　五、太陽能技術的節能減排

　　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。當太陽光線到達地球時，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、公轉、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生影響，也就是說，在地球不同的地區受到的光照不同的。中國所處的位置是地球上太陽能最豐富的地區之一。

　　作為世界上最大的發展中國家，我國的節能減排工作根偉艱巨，與我國的快速發展息息相關。衛生熱水能耗占我國民用建筑能耗比重的20—30%，因此生活熱水的節能是我國研究節能減排的重要課題。目前，太陽能熱水系統的節能效益明顯，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，是太陽能光熱應用的必要課題，必將對太陽能的推廣應用起到引領與示范作用。

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

　　結論：

　　太陽能是極具潛力的潔凈新能源，與煤、石油及核能相比，它具有獨特的優點：一是沒有使用礦物燃料或核燃料時所產生的有害廢渣和氣體，不污染環境;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濟效益。因此，太陽能的研究和應用是今后人類能源發展的主要方向之一。