太阳能集中热水系统在西安应用的经济效益分析

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1、太阳能集中热水系统在西安应用的经济效益分析西安建筑科技大学杨晓华张大显刘艳峰摘要本文给出了集热器面积及其平均效率的计算公式，并以西安地区为例，结合当地全年的气象资料，分析认为该地区在利用太阳能集中热水系统上有着巨大的经济效益，这不仅有利于该系统在西安地区的推广及应用，也对该地区节约常规能源和提高环境质量有着深远的意义。关键词太阳能集中热水系统平均效率经济效益AnAnalysisonEconomicBenefitforWaterSupplySystemwithSolarEnergyinxi’anYangXiao-hua,ZhangDa-xian，LiuYan-feng(Xi′anUnivers

2、ityofArchitecture&Technology,710055，Xi’an,China)AbstractThispapergivesthecalculationformulaofsolar-collectorareaandaverageefficiency.Andtakingxi'anareaasanexample,thispaperanalysisthatwatersupplysystemwithsolarenergyhasalargeeconomicbenefitinxi’an,accordinglocalmeteorologicaldata.Thisconclusionnoto

3、nlyhelpsthepopularizationandapplicationofwatersupplysystemwithsolarenergyinxi’an,butalsohasaprofoundsignificancefortheconservationofconventionalenergyandtheimprovementofenvironmentalquality.Keywordswatersupplysystemwithsolarenergy,averageefficiency,economicbenefit1引言热水是建筑物中排在供暖、空调和照明之后的第四大能耗[1]。充分利

4、用太阳能集中热水系统所产生的热水是降低建筑物能耗的有效手段之一。由于太阳能存在周期性和随机性的缺点，太阳能集中热水系统需要相应的辅助热源才能满足热水需求。辅助热源的选择不同，系统的初投资、运行费用以及回收年限不同。不同的辅助热源下，太阳能集中热水系统究竟给建筑节能带来多少经济效益，包括建筑设计人员和居民使用者在内还都没有一个明确概念。本文以西安地区为例，分析了太阳能集中热水系统在应用过程中所产生的经济效益，为该系统在西安地区的推广提供一定的参考价值。2理论分析2.1集热器面积集热器面积与太阳能辐射强度、集热器的效率、屋顶的有效铺设面积、太阳能保证率、管路损失及蓄热水箱损失有关，由文献[2]直

5、接式太阳能热水系统的集热器面积：（1）式中，为直接式系统集热器总面积，m2；为日平均用热水量，，由文献[3]可查得；为水的定压比热容，；为水的密度，；为贮水箱内的终止设计温度，；为水的初始温度，；为当地集热器采光面的月平均日太阳辐射量，；为太阳能保证率，%；根据系统使用期内的太阳辐射、系统经济性及客户的要求等因素有关，宜取30%-80%；为集热器的年或月的平均集热效率，%；为管路及水箱的热损失率，根据经验可以取0.2-0.3。2.2集热器平均效率集热器平均效率为其有用能量收益与太阳入射总辐射量之比，由文献[4]可知：(2)式中，为集热器平均效率；为模块的有效长度，mm；为模块的总长度，mm；

6、为投射到集热管选择性涂层上的太阳辐射强度,；为倾角上的太阳辐射强度,；为全玻璃真空管总热损失系数；为全玻璃真空管内管外表面温度,；为环境温度（空气温度）,。2.3生活热水所需的热量生活热水所需的热量由下式确定：（3）式中，为生活热水所需的热量，KJ；为用水量，kg；为水的定压比热容，4.2；为热水温度，℃，根据实际情况取45℃；为自来水温度，℃。3实例计算表1西安纬度倾角上的月平均日辐射总量和月平均气温本工程位于西安市，是用太阳能集中热水系统为招待所（100个标间）和住宅小区（280户）提供生活热水的改造项目。太阳能集热器安装在楼顶屋面，阴雨天或阳光不充足时，开启辅助热源，保证用户每天热水供

7、应。本系统采用横插Ф58×1800全玻璃真空太阳集热管，集热器屋顶铺设效果图见图1。图1屋顶集热器效果图由文献[5]查得西安市当地纬度倾角上的月平均日辐射总量和月平均气温，见表1。因计算中采用无反射板，与之比简为0.904，根据公式（1）可以计算出屋顶铺设面积为665.6m2。铺设角度取当地纬度，由公式（2）得到集热器的平均效率，然后根据集热器平均效率的定义求得其有效得热量，见表2。根据调研，西安地区居住建筑