■ 曾憲軍 Zeng Xianjun

0 前言

我國太陽能資源十分豐富,全國有2/3以上的地區(qū),年輻射總量大于502 萬kJ /m2,年日照時數(shù)在2 000 h 以上。太陽能熱水器的成熟技術(shù)是較為安全可靠、應(yīng)用成本相對低廉。太陽能熱水器熱水的應(yīng)用具有較好的經(jīng)濟(jì)性及明顯的節(jié)能效果,對住宅建筑的居住能提供日常生活熱水，對當(dāng)前世界提倡減少碳排量降低溫室效應(yīng)具有積極意義。以下通過大豐維羅納花園住宅小區(qū)對太陽能熱水器的應(yīng)用作效能分析。

1 效能分析

大豐市位于我國江蘇北部的沿海腹地，屬較寒冷地區(qū)，年日照度時間較長，有充足的太陽能資源可利用價值。大豐維羅納花園住區(qū)在規(guī)劃設(shè)計中充分利用了大豐的地理優(yōu)勢條件，對居住者都安裝了太陽能熱水器系統(tǒng)，為居住者每天都能有充足的熱水供應(yīng)儲備。太陽能熱水器提供的熱水，不僅能滿足日常生活用熱水的需求，也能滿足居住者采用熱水轉(zhuǎn)化成其他熱能的潛在可能。對此，能否適應(yīng)大豐沿海城市的較寒冷特性，通過太陽能熱水器的熱能計算，判斷太陽能熱水器的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)價值顯得非常重要。

按照大豐地區(qū)的地域特征，參考了常年的日照度、氣溫的變化等條件，對太陽能熱水器每年所獲得的熱量Q進(jìn)行計算：

式中 ：

β—太陽能輻射全年可利用系數(shù)，與當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c、太陽輻射特點、大氣透明度等因素有關(guān)，一般取β=0.58；

E—太陽能輻射總量，kJ/(m2·a)，每個地區(qū)所處緯度不同其輻射總量也不同；全國各地太陽年輻射總量中值為5×106kJ/(m2·a)；

ηs—太陽能熱水系統(tǒng)的熱效率，與太陽能 集熱器的特性、熱水的使用情況有關(guān)，一般取ηs=0.5；

F—太陽能熱水器采光面積，m2。

大豐維羅納花園住區(qū)的工程設(shè)定采用的熱水器為的單根采光面積為0.078m2，每組太陽能熱水器的根數(shù)為18根，則每組熱水器的采光面積為1.404 m2；則每組太陽能熱水器所獲得的熱量為：

若這部分熱能采用電加熱，則消耗的電量則為：

式中：

nd—電加熱的效率為，一般取0.9；

q0—電的發(fā)熱值，一般為3 595 kJ/(kw·h)

若利用太陽能熱水器供應(yīng)熱水每年節(jié)約的費用為：

x—電價，現(xiàn)電價為0.62元；

n0=nx=630.5×0.62=390.91元。

同時，根據(jù)太陽能熱水器投資回收期限的長短，也可以判斷太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)性。投資回收期限t為：

y —為每臺太陽能熱水器的總投資。

設(shè)定采用的18根管的熱水器每臺初次投資成本1 380元，則回收年限為：

t=y /n0=1 380/390.91=3.53a

太陽能熱水器的使用壽命為15～20a。之中，可以直接看到太陽能熱能資源利用的經(jīng)濟(jì)性，對利用太陽能源，節(jié)約自然資源，保護(hù)人與自然環(huán)境帶來的潛在價值。

若這部分熱量采用燃煤來換取，則需要消耗掉的煤為：

G=2.04×106×0.24/7000=69.9 kg/a

再若由燃煤鍋爐提供熱水，并由換熱器轉(zhuǎn)換熱能，則耗煤量為：

G’=69.9/0.6×0.8=146kg/a

維羅納花園住區(qū)工程使用的太陽能熱水器臺數(shù)為512臺，則耗煤總量為：

由此得出：消耗自然資源煤的總量是驚人的，煤燃燒時還會產(chǎn)生大量的CO2、SO2、SO3等有毒有害氣體，對當(dāng)前世界提倡減少碳排量降低溫室效應(yīng)是極不利的。

2 環(huán)境分析

人類的生產(chǎn)與社會活動必然會引起環(huán)境發(fā)生變化。這些變化會對人與自然的共同生存和社會的持續(xù)發(fā)展起到不可忽視的作用，必須要從自然、經(jīng)濟(jì)、人文等多元角度對人類活動可能導(dǎo)致的環(huán)境變化進(jìn)行綜合評估和衡量。環(huán)境效益又可分為正效益、直接效益和間接效益。環(huán)境效益是經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益也是環(huán)境效益的后果，三者互為條件，相互影響，是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。人類的活動是要尋求這三者得以統(tǒng)一的活動方式和內(nèi)容，即能使社會不斷進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，也能使環(huán)境得到保護(hù)的措施。

環(huán)境效益是對大氣污染程度的直接衡量。除對大氣污染的CO2外，NO2是氮氧化物的主要物質(zhì)，在大氣中含有濃度較高，同SO2一樣，也都來自自然和人類的活動。除自然來源的二氧化氮外，導(dǎo)致環(huán)境污染的主要來源是被燃燒的物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，全世界人類活動產(chǎn)生的污染體，其中每年排出的氮氧化物大約為5 300萬t。若人吸入過量的二氧化氮會對肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，從而引起肺水腫等公共性的社會疾病。

其次是顆粒狀的塵埃。有來自于自然界的風(fēng)沙塵土等造成的顆粒物，也有是人類活動中產(chǎn)生的顆粒物，如工業(yè)廢氣和廢棄物等。由于顆粒物常附著有毒金屬元素及菌種病毒體，對人類與自然帶來極大的生存危害。

再次是SO2是城鎮(zhèn)中普遍存在的污染物?？諝庵械腟O2主要來自火力發(fā)電及其他工業(yè)生產(chǎn)殘余物，如來源于固定污染源燃料的燃燒、小型取暖鍋爐和民用生活煤爐排放的廢棄物。二氧化硫是有刺激性無色氣體，在光合或空氣中某些金屬氧化物的催化作用下，極易被氧化成SO3。而SO3有很強(qiáng)的吸濕性，與水汽接觸后形成硫酸霧，其刺激作用是SO2的10倍，也是酸雨形成的主要原因。

上述分析，破壞自然環(huán)境造成大氣污染主要來自于人類的生產(chǎn)和社會活動的效果不平衡的結(jié)果，燃煤是其中主要的因素。提倡減少碳排量降低溫室效應(yīng)達(dá)到人類與自然共存，必需要保護(hù)好環(huán)境。所以，大豐維羅納花園住區(qū)從開發(fā)、規(guī)劃、設(shè)計直到施工，對太陽能熱水器的應(yīng)用作了較深的調(diào)研。如一家三口的長期居住者：當(dāng)不應(yīng)用太陽能熱水器時，日常生活用熱水的月煤氣用氣量在75～100m3，煤氣的燃料費在185～250元；當(dāng)應(yīng)用了太陽能熱水器時，日常生活用熱水全來自于太陽能熱水器的供應(yīng)儲存，而煤氣的用途只在于日常生活中的烹調(diào)料理。月煤氣用氣量一般在20～30m3，煤氣的燃料費在50～75元。由此可見：應(yīng)用太陽能熱水器是一次性投入資本的措施，但對自然環(huán)境改善帶來長期的環(huán)境效益，大豐維羅納花園開發(fā)設(shè)計本著保護(hù)環(huán)境、愛護(hù)環(huán)境的理念，在保證合理利潤的同時增加初次建設(shè)投資，為維羅納花園住區(qū)的居住者提供了新的生活方式。

3 結(jié)語

大豐維羅納花園住區(qū)建設(shè)順應(yīng)了大豐市城鎮(zhèn)化發(fā)展需要，其太陽能熱水器在新建住宅建設(shè)中的應(yīng)用在大豐市也是屈指可數(shù)。因此，需不斷地總結(jié)經(jīng)驗，以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。