摘要：本文以一個100平米的房間為研究對象，采用10～15年內(nèi)逐日氣象數(shù)據(jù)對太陽能采暖系統(tǒng)進(jìn)行模擬。根據(jù)模擬的結(jié)果，分析其初投資，壽命周期內(nèi)的總能耗、總運(yùn)行費(fèi)用，綜合熱價等指標(biāo)。然后將其與燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐，電鍋爐采暖進(jìn)行比較，對比其初投資、運(yùn)行費(fèi)用，總能耗等指標(biāo)。然后分析了不同的氣象條件、每日太陽能負(fù)責(zé)的采暖小時數(shù)、集熱器價格等因素對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。
關(guān)鍵詞：太陽能采暖 能耗 經(jīng)濟(jì)性 綜合熱價
1、太陽能采暖簡介
采暖是我國的能耗大戶。自1991年起平均每年新建建筑10億m2，至1996年底，共有各類建筑約310億m2.每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要的耗能占全國能耗總量的11.5％[1].化石能源的大量消耗，使我國的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此研究使用清潔的可再生能源－太陽能進(jìn)行采暖具有重要意義。
太陽能采暖可分為兩大類，一為主動式，另一為被動式。被動式就是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，依靠建筑物本身構(gòu)造和材料的熱工性能，使房屋盡可能多地吸收和貯存熱量，以達(dá)到采暖的目的。主動式用集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)及泵等設(shè)備來收集、蓄存及輸配太陽能的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各部分均可控制而達(dá)到需要的室溫。
主動式太陽能采暖又可分為直接式和間接式。所謂直接式就是由太陽能集熱器加熱的熱水或空氣直接被用來供暖。所謂間接式就是集熱器加熱的熱水溫度通過熱泵提高后再供暖。采用由于集熱溫度高時，集熱器的效率很低，因此一般采用地板采暖或風(fēng)機(jī)盤管。這兩種方式要求熱源的溫度比較低，50℃左右，集熱器具有較高的效率。
本文的研究對象為一個100平米的房間，假定其耗熱量指標(biāo)為50W/m2，采暖室內(nèi)設(shè)計溫度為20℃，溫度低于8℃即進(jìn)行采暖，設(shè)置備用鍋爐。太陽能負(fù)責(zé)8小時的熱負(fù)荷。集熱器正南向放置，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥取Ｔ撓到y(tǒng)同時負(fù)責(zé)生活熱水供應(yīng)，每日240L.
2、逐日模擬與綜合熱價法
2.1 逐日模擬方法
目前的太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析一般以月平均值進(jìn)行分析，由于需求與供給之間的不匹配，太陽能未必轉(zhuǎn)化為有用收益。比如，太陽能熱水供應(yīng)中，夏天收集的熱量往往用不完，只能放掉。目前還缺乏令人信服的用于全年模擬的氣象數(shù)據(jù)模型，因此本文以1991-2000年的逐日氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行工況模擬，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析[2].中國幅員遼闊，地區(qū)差異很大，本文只選擇幾個典型城市進(jìn)行分析。
2.2 綜合能源價格方法
目前，評價太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對太陽能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分析。而對太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是，確定針對使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，即相對于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此，本文采用綜合能源價格法[3].
能源價格指的是購買一定種類能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了或開采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對于供熱供冷的系統(tǒng)，在其有效使用期限內(nèi)的資金投入主要用于：
1）初投資：安裝供熱供冷系統(tǒng)；
2）運(yùn)行費(fèi)用：在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。綜合能源價格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計綜合值與在此期間所提供能量總和的比值。它是一個將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟(jì)分析對象相對于提供單位能量所需費(fèi)用的參數(shù)。
考慮到資金的動態(tài)特性，即不同時期支出貨幣的價值是不相等的，本文在經(jīng)濟(jì)分析過程中，將綜合能源價格進(jìn)行現(xiàn)值處理。即通過將不同時期投人的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法，使資金投入時間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱（冷）的綜合能源價格，在同等價值條件下進(jìn)行比較。
3、主動式太陽能直接采暖經(jīng)濟(jì)性分析
模擬年限為10年。模擬時采用逐日的溫度和太陽輻射?！ ?.1 北京地區(qū)
集熱面積為20m2.能源價格，電：0.6元/kwh； 天然氣：2.1元/Nm3；液化氣：10.5元/Nm3.模擬的結(jié)果見表1.
表1 北京太陽能直接采暖的經(jīng)濟(jì)性分析
熱源種類
初投資（元）
運(yùn)行費(fèi)用（元）
燃料耗量
總投資（元）
綜合熱價（元/MJ）
價格比
太陽能+天然氣
28845
19092
10293 Nm3
47938
0.088
1.42
電鍋爐
2585
83604
158874 kwh
86189
0.159
2.55
天然氣鍋爐
2585
31238
16901 Nm3
33823
0.062
1
液化氣鍋爐
2585
52616
5707 Nm3
55202
0.102
1.63
太陽能+液化氣
28845
32112
3475 Nm3
60957
0.112
1.80
從上表可以看出，在北京地區(qū)，太陽能采暖比天然氣鍋爐費(fèi)用要高42%，但費(fèi)用遠(yuǎn)低于電鍋爐；如果輔助能源為液化氣，則比液化氣鍋爐采暖也要高10%.
采暖與熱水供應(yīng)相比，由于季節(jié)性強(qiáng)，一年中系統(tǒng)設(shè)備的利用時間短，并且由于采暖的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱水供應(yīng)，因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性不好。在北京以北地區(qū)，采暖期長一些，但一般氣溫也更低，集熱效率也低，因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性也不好；在北京以南，氣溫高一些，但采暖期更短，并且許多地方太陽能資源不如北京豐富，經(jīng)濟(jì)性可能更差一些。
3.2 拉薩
集熱面積12.3m2，能源價格同上。模擬結(jié)果見表2.
表2 拉薩太陽能直接采暖的經(jīng)濟(jì)性分析
熱源種類
初投資（元）
運(yùn)行費(fèi)用（元）
燃料耗量（Nm3）
總投資（元）
綜合熱價（元/MJ）
價格比
太陽能+天然氣
18676
26693
14428
45370
0.071
1.16
天然氣鍋爐
2585
36843
19951
39428
0.061
1
即使在拉薩這樣的陽光城，太陽采暖的價格仍然比天然氣高16%.在目前的條件下，單純的太陽能采暖系統(tǒng)不宜推廣，應(yīng)該加強(qiáng)研究，降低投資。
從所得結(jié)果可以看出，為達(dá)到8小時供暖所需的集熱器面積較大。以資源條件很好的拉薩為例，向每100m2住宅供暖所需的集熱器面積為12.3m2，而在北京，需要的集熱面積要20m2.再考慮到為防止排間遮擋所需的集熱器排間距，在我國大部分地區(qū)，所需的屋頂面積大約為集熱面積的2倍。顯然，這一面積指標(biāo)比較適合于別墅式住宅，如要用于多層住宅，就必須再降低太陽能供暖率。對于節(jié)能建筑，太陽能負(fù)責(zé)的樓層數(shù)可適當(dāng)增加。
4、太陽能采暖經(jīng)濟(jì)性的影響因素
5、結(jié)論
（1）主動式太陽能直接采暖系統(tǒng)，在目前的集熱器價格與能源價格及技術(shù)條件下，尚不能和常規(guī)的采暖系統(tǒng)競爭。
（2）影響太陽能直接采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的主要因素是集熱器的高價格，應(yīng)力爭提高集熱器的效率或降低其價格。
（3）太陽能采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比熱水供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差的主要原因是一年中采暖系統(tǒng)的使用時間短，系統(tǒng)的利用率低。
（4）目前太陽能直接采暖的應(yīng)用范圍也只限于別墅型建筑或3~4層以下的建筑。
（5）太陽能采暖系統(tǒng)應(yīng)用于只在白天使用的建筑，如辦公樓或教學(xué)樓時，經(jīng)濟(jì)性好于需要全天采暖的住宅等建筑。
參考文獻(xiàn)：
[1] 付林。熱電（冷）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)電力調(diào)峰運(yùn)行研究。北京：清華大學(xué)，2000.
[2] 于國清。建筑物太陽能供熱與空調(diào)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。長沙：湖南大學(xué)，2003.
[3] 李軍。家用太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)性分析。太陽能學(xué)報，2002，23（5）：564-570.
關(guān)鍵詞：太陽能采暖 能耗 經(jīng)濟(jì)性 綜合熱價
1、太陽能采暖簡介
采暖是我國的能耗大戶。自1991年起平均每年新建建筑10億m2，至1996年底，共有各類建筑約310億m2.每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要的耗能占全國能耗總量的11.5％[1].化石能源的大量消耗，使我國的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此研究使用清潔的可再生能源－太陽能進(jìn)行采暖具有重要意義。
太陽能采暖可分為兩大類，一為主動式，另一為被動式。被動式就是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，依靠建筑物本身構(gòu)造和材料的熱工性能，使房屋盡可能多地吸收和貯存熱量，以達(dá)到采暖的目的。主動式用集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)及泵等設(shè)備來收集、蓄存及輸配太陽能的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各部分均可控制而達(dá)到需要的室溫。
主動式太陽能采暖又可分為直接式和間接式。所謂直接式就是由太陽能集熱器加熱的熱水或空氣直接被用來供暖。所謂間接式就是集熱器加熱的熱水溫度通過熱泵提高后再供暖。采用由于集熱溫度高時，集熱器的效率很低，因此一般采用地板采暖或風(fēng)機(jī)盤管。這兩種方式要求熱源的溫度比較低，50℃左右，集熱器具有較高的效率。
本文的研究對象為一個100平米的房間，假定其耗熱量指標(biāo)為50W/m2，采暖室內(nèi)設(shè)計溫度為20℃，溫度低于8℃即進(jìn)行采暖，設(shè)置備用鍋爐。太陽能負(fù)責(zé)8小時的熱負(fù)荷。集熱器正南向放置，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥取Ｔ撓到y(tǒng)同時負(fù)責(zé)生活熱水供應(yīng)，每日240L.
2、逐日模擬與綜合熱價法
2.1 逐日模擬方法
目前的太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析一般以月平均值進(jìn)行分析，由于需求與供給之間的不匹配，太陽能未必轉(zhuǎn)化為有用收益。比如，太陽能熱水供應(yīng)中，夏天收集的熱量往往用不完，只能放掉。目前還缺乏令人信服的用于全年模擬的氣象數(shù)據(jù)模型，因此本文以1991-2000年的逐日氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行工況模擬，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析[2].中國幅員遼闊，地區(qū)差異很大，本文只選擇幾個典型城市進(jìn)行分析。
2.2 綜合能源價格方法
目前，評價太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對太陽能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分析。而對太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是，確定針對使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，即相對于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此，本文采用綜合能源價格法[3].
能源價格指的是購買一定種類能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了或開采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對于供熱供冷的系統(tǒng)，在其有效使用期限內(nèi)的資金投入主要用于：
1）初投資：安裝供熱供冷系統(tǒng)；
2）運(yùn)行費(fèi)用：在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。綜合能源價格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計綜合值與在此期間所提供能量總和的比值。它是一個將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟(jì)分析對象相對于提供單位能量所需費(fèi)用的參數(shù)。
考慮到資金的動態(tài)特性，即不同時期支出貨幣的價值是不相等的，本文在經(jīng)濟(jì)分析過程中，將綜合能源價格進(jìn)行現(xiàn)值處理。即通過將不同時期投人的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法，使資金投入時間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱（冷）的綜合能源價格，在同等價值條件下進(jìn)行比較。
3、主動式太陽能直接采暖經(jīng)濟(jì)性分析
模擬年限為10年。模擬時采用逐日的溫度和太陽輻射?！ ?.1 北京地區(qū)
集熱面積為20m2.能源價格，電：0.6元/kwh； 天然氣：2.1元/Nm3；液化氣：10.5元/Nm3.模擬的結(jié)果見表1.
表1 北京太陽能直接采暖的經(jīng)濟(jì)性分析
熱源種類
初投資（元）
運(yùn)行費(fèi)用（元）
燃料耗量
總投資（元）
綜合熱價（元/MJ）
價格比
太陽能+天然氣
28845
19092
10293 Nm3
47938
0.088
1.42
電鍋爐
2585
83604
158874 kwh
86189
0.159
2.55
天然氣鍋爐
2585
31238
16901 Nm3
33823
0.062
1
液化氣鍋爐
2585
52616
5707 Nm3
55202
0.102
1.63
太陽能+液化氣
28845
32112
3475 Nm3
60957
0.112
1.80
從上表可以看出，在北京地區(qū)，太陽能采暖比天然氣鍋爐費(fèi)用要高42%，但費(fèi)用遠(yuǎn)低于電鍋爐；如果輔助能源為液化氣，則比液化氣鍋爐采暖也要高10%.
采暖與熱水供應(yīng)相比，由于季節(jié)性強(qiáng)，一年中系統(tǒng)設(shè)備的利用時間短，并且由于采暖的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱水供應(yīng)，因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性不好。在北京以北地區(qū)，采暖期長一些，但一般氣溫也更低，集熱效率也低，因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性也不好；在北京以南，氣溫高一些，但采暖期更短，并且許多地方太陽能資源不如北京豐富，經(jīng)濟(jì)性可能更差一些。
3.2 拉薩
集熱面積12.3m2，能源價格同上。模擬結(jié)果見表2.
表2 拉薩太陽能直接采暖的經(jīng)濟(jì)性分析
熱源種類
初投資（元）
運(yùn)行費(fèi)用（元）
燃料耗量（Nm3）
總投資（元）
綜合熱價（元/MJ）
價格比
太陽能+天然氣
18676
26693
14428
45370
0.071
1.16
天然氣鍋爐
2585
36843
19951
39428
0.061
1
即使在拉薩這樣的陽光城，太陽采暖的價格仍然比天然氣高16%.在目前的條件下，單純的太陽能采暖系統(tǒng)不宜推廣，應(yīng)該加強(qiáng)研究，降低投資。
從所得結(jié)果可以看出，為達(dá)到8小時供暖所需的集熱器面積較大。以資源條件很好的拉薩為例，向每100m2住宅供暖所需的集熱器面積為12.3m2，而在北京，需要的集熱面積要20m2.再考慮到為防止排間遮擋所需的集熱器排間距，在我國大部分地區(qū)，所需的屋頂面積大約為集熱面積的2倍。顯然，這一面積指標(biāo)比較適合于別墅式住宅，如要用于多層住宅，就必須再降低太陽能供暖率。對于節(jié)能建筑，太陽能負(fù)責(zé)的樓層數(shù)可適當(dāng)增加。
4、太陽能采暖經(jīng)濟(jì)性的影響因素
5、結(jié)論
（1）主動式太陽能直接采暖系統(tǒng)，在目前的集熱器價格與能源價格及技術(shù)條件下，尚不能和常規(guī)的采暖系統(tǒng)競爭。
（2）影響太陽能直接采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的主要因素是集熱器的高價格，應(yīng)力爭提高集熱器的效率或降低其價格。
（3）太陽能采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比熱水供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差的主要原因是一年中采暖系統(tǒng)的使用時間短，系統(tǒng)的利用率低。
（4）目前太陽能直接采暖的應(yīng)用范圍也只限于別墅型建筑或3~4層以下的建筑。
（5）太陽能采暖系統(tǒng)應(yīng)用于只在白天使用的建筑，如辦公樓或教學(xué)樓時，經(jīng)濟(jì)性好于需要全天采暖的住宅等建筑。
參考文獻(xiàn)：
[1] 付林。熱電（冷）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)電力調(diào)峰運(yùn)行研究。北京：清華大學(xué)，2000.
[2] 于國清。建筑物太陽能供熱與空調(diào)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。長沙：湖南大學(xué)，2003.
[3] 李軍。家用太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)性分析。太陽能學(xué)報，2002，23（5）：564-570.