肖蓀,楊洪海

(上海東華大學環(huán)境科學與工程學院,上海201620)

我國的真空管型太陽能熱水器產(chǎn)品的集熱效率高,特別是在冬季低溫條件下仍能產(chǎn)生熱水,其特點比較適合我國的國情,因此在我國應用得比較多,是我國太陽能熱水器的主流產(chǎn)品。真空管型太陽能熱水器又可以分為全玻璃型和熱管型,全玻璃真空管太陽能熱水器的集熱面吸收率高、發(fā)射率低,集熱器的日平均效率可達46%[1],具有一定的抗凍能力,而且操作簡單,但是集熱器不承壓,使用時不能缺水空曬,否則可能導致玻璃管爆裂,而且只要有一根管子爆裂整個熱水器就不能使用。熱管真空管型太陽能熱水器啟動快、承壓能力高、抗凍能力強,平均熱損系數(shù)小于1.0左右,日平均效率高可達54%[1],并可在零下25℃條件下繼續(xù)使用[2]。與電熱水器和燃氣熱水器產(chǎn)品相比,太陽能熱水器的運行成本雖然為0,但投資成本特別是熱管真空管型太陽能熱水器較高,用戶往往更關(guān)心經(jīng)濟性。本文將對典型的全玻璃型和熱管型真空管太陽能熱水器的經(jīng)濟性進行比較。

1 比較對象和條件

本文選用皇明牌全玻璃真空管型和熱管真空管型太陽能熱水器作為比較對象,兩種熱水器的效率不同,滿足同樣的熱水供應要求所需要的容量也不同。本文的計算以上海某小區(qū)別墅為例,假設(shè)用水人數(shù)為4人,每人每日最高用水定額取100 L[3],日均用水50 L,即每天要求產(chǎn)熱水200 L;熱水的配水溫度取60℃[4],冷水溫度取15℃[5]。

根據(jù)熱水供應量的要求,全玻璃真空管型選擇采光面積為3.13 m2的冬冠210(20)高溫型產(chǎn)品,牌號HM-20TT21/Φ58-50,熱管真空管型選擇采光面積為2.81 m2的金盾原配一體機(天驕)高溫型產(chǎn)品,牌號HDWR-18TT21/Φ58-4。作為比較的參考對象選擇容量為200 L的 FCD-MLD200海爾電熱水器。

2 每年可節(jié)約的費用計算

太陽能熱水器每年所產(chǎn)生的熱量[6]:

式中:Q為太陽能熱水器每年所產(chǎn)生的熱量,GJ;β為太陽能輻射能全年可利用系數(shù),上海地區(qū)取0.58[7];E為單位面積太陽年輻射總量,上海地區(qū)取4.66 GJ/(m2?年)[3];ηs為太陽能熱水系統(tǒng)的熱效率,全玻璃真空管型取0.46,熱管真空管型取0.54;A為太陽能熱水器采光面積,m2。

選擇的全玻璃真空管型和熱管真空管型太陽能熱水器的集熱器面積分別為3.13 m2和2.81 m2,由式(1)每年產(chǎn)生熱量分別為3 891 MJ(1 083 kWh)和4 101 MJ(1 140 kWh)。

與電熱水器相比,電加熱器的熱效率一般為0.90[7],所以利用全玻璃真空管型和熱管真空管型太陽能熱水器供熱水,每年可節(jié)約電量1 203 kWh和1 268 kWh,上海地區(qū)的民用電電價為0.62元/kWh[8],可分別節(jié)約電費746元和786元。

3 壽命期內(nèi)的總節(jié)省費用及投資回收期

作為比較對象的海爾電熱水器價格大約為4 580元/臺。所選的全玻璃真空管型和熱管真空管型太陽能熱水器的價格分別為7 000元/臺(包括增壓泵)和12 000元/臺左右。那么采用全玻璃真空管型太陽能熱水器,投資要比電熱水器多2 420元,比熱管真空管型要多7 420元。

壽命期內(nèi)太陽能熱水器的總節(jié)省費[3]:

式中:SAV為系統(tǒng)壽命期內(nèi)總節(jié)省費用,元;ΔQsave為太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量,由上述估算,全玻璃型和熱管型分別為3 891 MJ和4 101 MJ;PI為太陽能熱水器的折現(xiàn)系數(shù);Cc為熱價,根據(jù)上文數(shù)據(jù)計算,電熱的價格是0.192元/MJ;A d為太陽能熱水系統(tǒng)總增投資,由上述估算,全玻璃真空管型和熱管真空管型分別為2 420元和7 420元;DJ為每年用于與太陽能熱水系統(tǒng)有關(guān)的維修費用(包括太陽集熱器維護、集熱系統(tǒng)管道維護和保溫等費用)占總增投資的百分率,一般取1%[3]。

式(2)中的折現(xiàn)系數(shù)PI[3]:

式中:d為年市場折現(xiàn)率,取6.12%[3];e為年燃料價格上漲率,按1%考慮[3];n為系統(tǒng)壽命,太陽能熱水器產(chǎn)品一般為15年。

代入數(shù)據(jù)可以得到折現(xiàn)系數(shù)PI為10.229;再與式(2)可以得到,與海爾電熱水器相比,全玻璃真空管型壽命期內(nèi)總節(jié)省費用為4 974元,而熱管真空管型壽命期內(nèi)要多支出125元。

當太陽能熱水系統(tǒng)運行n年后節(jié)省的總資金與系統(tǒng)增加的總投資相等時,式(4)成立,即SAV=0,

則此時的總累積年份n定義為系統(tǒng)的動態(tài)回收期Nε,即按照給定的折現(xiàn)率用系統(tǒng)節(jié)省的總費用的現(xiàn)值將系統(tǒng)增加的投資回收所需的年數(shù)[3]:

式(5)中的PI[3]:

根據(jù)上述估算值和式(6),全玻璃型和熱管型在節(jié)省的總資金等于系統(tǒng)增加的總投資時的折現(xiàn)系數(shù)分別為3.35和10.40;再由式(5)可得,兩者的動態(tài)回收年限分別為3.8年和15.4年。

從以上計算可以看到,與電熱水器相比,玻璃真空管型在壽命期內(nèi)可以節(jié)省4 974元,而熱管真空管型在壽命期內(nèi)反而要多支出125元,兩種太陽能熱水器在壽命期內(nèi)的經(jīng)濟效益要差5 099元。玻璃真空管型太陽能熱水器的回收年限不超過4年,而熱管真空管型太陽能熱水器只有當它的使用壽命超過15年,才有可能收回多投資的成本,但是太陽能熱水器的設(shè)計壽命一般為15年,回收期超過了設(shè)計壽命。

4 結(jié)論

全玻璃真空管太陽能熱水器的初投資比熱管真空管型便宜,投資回收年限較短。而熱管式真空管太陽能熱水器的初投資比較大,在壽命期內(nèi)無法回收初投資,因此從經(jīng)濟性方面考慮,熱管式不如全玻璃式。不過熱管式真空管太陽能熱水器具有換熱效率高、維修費用低、不易炸管,而且即使一根管子意外破損也不影響整個熱水器的使用等,特別是作為一種不需要傳統(tǒng)含碳能源的產(chǎn)品,對于有消費能力同時希望方便可靠的用戶來說還是有吸引力的。當然要進一步推廣,還需要研究熱管式真空管太陽能熱水器的新技術(shù),降低其成本。

[1]胡亞才,魏林生,洪榮華,等.真空玻璃蓋板熱管平板式太陽能熱水器的研制,熱科學與技術(shù)[J],2005,4(2):3-4.

[2]莊俊,張紅.熱管技術(shù)及其工程應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2000.

[3]鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.

[4]高明遠,岳秀萍.建筑給水排水工程學[M].第二版,北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[5]建筑工程常用數(shù)據(jù)系列手冊編寫組.給水排水常用數(shù)據(jù)手冊[M].第二版,北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[6]羅運俊,李元哲,趙承龍.太陽熱水器原理、制造與施工[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005:56-57.

[7]董偉玉.住宅太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能與經(jīng)濟分析.建筑節(jié)能[J].2005,27(3):1-2.

[8]http://www.wj.sh.cn/(上海市價格信息服務網(wǎng),上海市物價局關(guān)于調(diào)整上海市電網(wǎng)電價的通知(2008-06-30)