商场太阳能空调的应用及其经济性分析
[摘要] 本文从商场、社会等方面的成本与收益入手,深入分析了在商场广泛应用太阳能空调系统的经济性,认为太阳能空调的广泛利用势必将带来巨大的商场与社会利益,同时能够节约经营和社会成本,因此势必将有良好的发展前景。
[关键词] 商场 太阳能空调 经济性
一、前言
长期以来大量利用的常规能源,如煤、石油、天然气等,大部分属于不可再生和不可循环利用的资源,同时由于对环保、节能缺乏重视,特别是我国的能源利用结构不合理,利用方式也较为原始,能源利用效率低下,不仅对生态环境造成了严重的破坏,还造成了资源的大量浪费。为了保证经济的可持续性发展,节能节约是一方面,另一方就需要开发新型能源。太阳能作为一种可再生的清洁能源,在家居、商场等方面中的利用受到关注。特别是近年来,温室效应导致的地球表面温度逐年上升,人们对夏季空调的要求越来越强烈,而在商场等大型公共场所安装空调,需要大量的安装成本和能源消耗。太阳能空调系统可以发挥夏季制冷、冬季采暖、全年提供热水的综合优势,同时由于其所使用的能源清洁、后续成本低廉,已经广泛应用于各种场所。
二、太阳能空调应用的国内外经验
太阳能空调作为一种新兴、清洁、耗能较低的空调系统,在国外得到了广泛的开发利用。其优点主要体现在:首先,太阳能利用效率较高。A.Syed等(2005)在马德里所做的实验证明,利用 49.9 平方米的平面太阳能采集板、单效35千瓦的制冷设备和2立方米的水箱,在天气环境适宜的情况下,每平方米太阳能板平均能够将711W的太阳能进行转换,最高则超过900W,如果采用双效弧形采集板,转化效率将近一步提高。其次,与传统空调系统相比,耗电量大大降低。J.Guo, H.G.Shen(2009)在上海进行的比较研究表明,与传统空调相比,太阳能空调在产生相同制冷效果的情况下耗电量仅为前者的20%,电力费用大大降低。第三,太阳能利用的规模效应显著。受到技术和材料成本的限制,当前流行的太阳能空调系统具有所需太阳能采集板面积较大、一次投入较高的特点,不适于家居和小型单位的使用,大型单位、写字楼、商场安装则可以摊薄使用成本,体现出较为显著的规模效益。
尽管有这样技术方面的优势,但是在我国太阳能空调的实际应用当中,仍然出现一定的问题,有待技术和研究的进步来加以完善。这些缺陷主要体现在以下几个方面:
其一是空调设备体积过大,只适用于规模较大的建筑,民用方面的普及程度较低。王宇(2009)就认为,目前已经实现商品化的产品大都是大型的溴化锂制冷机,只适用于单位的中央空调,因此应当积极研究开发各种小型的溴化锂或氨—水吸收式制冷机,在技术进步的背景之下,使得太阳能逐步家庭化。
其二是太阳能采集板的效率问题。虽然太阳能空调可以无偿利用太阳能资源,但由于自然条件下的太阳辐照度不高,再加上国内集热器的质量普遍较低,采光面积与空调建筑面积之间的配比受到限制,只能满足层数不多的建筑使用或者高层中若干层的制冷需求,无法进一步扩展其适用范围。因此,提高集热器对太阳能的利用效率、研制可产生水蒸气的真空管集热器,进一步提高集热器与空调建筑面积的配比,应当是今后太阳能空调的发展趋势。
其三是安装使用的初次投资成本仍显略高。虽然从太阳能空调的使用过程角度来看,常规能源消耗的减少降低了使用中的资金投入,大幅度降低运行费用,但目前太阳能空调系统受到技术等方面原因的限制,设备占地面积大,初次投资偏高,对于资金有限的单位或建筑来说吸引力较小。
三、商场太阳能空调应用的成本收益分析
1.商场成本分析
商场作为一种人流量较大、对空调使用要求较高的公共场所,使用太阳能空调可以有效节省成本。空调的使用成本主要分为两个部分,其一是空调的安装成本,以吸收式太阳能空调系统为例,商场特别是大型商场安装太阳能空调系统主要需要安装集热器、加热水泵、冷凝水泵、发生器水泵和冷却塔风机等,其中单位成本最高的是商场使用的太阳能平板集热器,当前市场价格在170美元/平方米,费用较高,但是由于商场需要保持的温度只需在24℃～26℃,可以节省成本;其二是后续支出的电费等成本,与传统的蒸汽压缩式空调相比,太阳能空调的耗电量大大减少,只需在水泵和冷却塔风机等方面支出少量的电费成本,而压缩式空调的压缩机耗电量十分巨大,根据田华丽(2008)的测算,使用蒸汽压缩式空调系统进行制冷,每年支出的电费总额将是单效吸收式太阳能空调系统的4.95倍,是双效吸收式太阳能空调系统的6.50倍,其巨大的成本差异显而易见。除此之外,太阳能空调系统的平均使用寿命是传统空调系统的两倍以上,这将大大减少商场设备更换和维修的成本支出。因此,从商场的角度来看,使用太阳能空调系统能够带来较高的经济效益。
2.社会效益分析
在太阳能空调利用的社会效益上,可以分为以下两个方面:其一,商场作为大中型的公共建筑,其能源的消耗十分严重。据统计,大型公共建筑的面积只占全国总建筑面积的1.25%,而能耗却占了总建筑能耗的9.9%,单位能耗数量惊人,这与我国“建设资源节约型社会”相悖,这必将成为许多城市未来能源消耗的重点场所。而如上文提到的,使用太阳能空调系统能够有效的降低能耗,节省大量的能源。其二,常规以电能为动力的制冷空调除了耗电量比较大之外,还会对周边城市环境带来不利的影响。如传统空调系统把室内的热量吸收再排放到室外,会加剧城市的热岛效应;再如,大多数用电空调氟利昂作为制冷剂,这将会严重破坏大气臭氧层。太阳能制冷空调系统与之相反,外面太阳能辐射越强、环境温度越高则其系统可利用的能量就越重组,不但能够调节室内温度,还能降低周围环境温度,有效地削弱城市的热岛效应;此外,由于其不使用会破坏臭氧层的氟利昂类物质作为制冷剂,而是采用溴化锂和水等清洁物质,因此不会对自然环境产生破坏作用。
3.能源效益分析
我国当前的能源利用结构仍然以煤炭为主,石油和天然气的储量较低,很大程度上依赖进口。这对我国的能源利用与经济发展带来不利影响。再加上粗放型发展模式及以煤为主的能源结构和低效能源利用方式,使目前我国煤炭生产与消费量均居世界首位,CO2排放居世界第二,产生的量SO2、氮氧化物,使81.6%的城市出现酸雨。另一方面,石油和天然气的相对不足造成我国对外依赖性较强。而广泛利用太阳能资源,可以优化资源利用结构,有效的缓解我国的资源问题。
四、结语
太阳能空调系统广泛利用将会给商场、社会带来广泛的经济效益与成本的降低,因此,势必将成为可持续发展的重要组成部分。广东省江门市的一座综合性大楼已经安装设置了100kW太阳能空调系统,不仅利用太阳能提供大楼每天所需的生活热水,还在夏天以太阳能热水制冷,供其中一层空调。相信随着这些技术的推广,太阳能空调系统的应用将更加广泛,产生较好的经济与社会效益。
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