对于太阳能热水系统，我们所了解的用得最多的就是生活用水与洗浴用水。今天，我们来了解下太阳能热水工程系统在工业上利用的效果与成本投资回收期。

     山东鑫泰水处理技术有限公司位于枣庄市市中区西王庄乡中泰化工园，职工120人，其中技术人员32人。年产水处理药剂4万吨，2015年开工建设年产10万吨精细化学品项目，项目建成后可实现年产14万吨。2014年公司主导产品国内市场占有率3.1%，国际市场占有率0.5%，行业综合竞争力排名省内第三。公司2014年消耗水2万吨，电280万千瓦时，锅炉用煤1.2万吨。

    系统安装在锅炉房周围空地及草坪、屋面，集热面积6037.05m²，集热器倾角为15°，集热循环方式为温差循环方式，水箱容量为3台缓冲水箱。

    蛇设备参数如下：集热真空管的长度1800mm，直径φ58mm，数量41750支，排列方式横插式，串、并联组合；真空管闷晒辐照量参数4.1MJ/m²。安装太阳能集热器的规格YGBS5818-50型；每块集热模块含50支真空管（真空管为铜、钢、铝磁控溅射三靶镀膜真空管Ф58-1800mm）、联集水箱（内胆为SUS304食品级不锈钢双氩气保护电脑自动焊接），集热面积为7.23m²/块；附属设备，水箱、控制系统、电磁阀、管道、管道保温及附件。

图1 太阳能工业热力系统

图2 计量网络图

3.1.1 寿命期内太阳热水系统总节省费用的预评估

太阳热水系统的年节能量预评估是针对已设计完成的太阳能热水系统，根据已确定的太阳能热水系统形式，确定的太阳能集热器面积及集热器性能参数设计的集热器倾角及当地的气象条件下计算得出的年节能量。

年节能量的计算公式见式（1）、（2）。

直接系统    DQ_save=A_cJ_A(1-η_c)η_cd （1）

    该太阳能工业热力系统项目拟安装YGBS5818-50型集热模块835组，合计集热面积Ac为6037.05㎡，莒县地区JA=5149.3 MJ/㎡，烟台地区JA=5137.75 MJ/㎡，济南地区J_A=4407.37 MJ/㎡，本项目以济南地区辐照量为准，带入公式计算：

DQsave= 12932018 MJ （2）

3.1.2 太阳能热水系统的年节能量

1）以电为辅助热源

    因为电力不是一次能源，则应将节能量先换算为kW·h，再按系统建设当年我国的单位电煤耗（参考2012年我国的单位供电煤耗为324g/kW·h）直接折算成标准煤后，即为太阳能热水系统的节能量。计算公式如（3）

（3）

带入公式计算：

如果用电（90%）：△Q_S = 35906360MJ

2）以其他一次能源为辅助热，如果是使用天然气等其他形式的一次能源作为辅助热源，太阳能热水系统所节能量的计算公式见式(4)

如果使用煤炭（60%）：△ Q_S=21553363MJ；

如果使用燃油（70%）：△Q_S= 18474311MJ；

如果使用天然气（80%）：△Q_S=16165022MJ。

由于我国目前的电费计价体系已将全部发电成本包括在内，所以在进行节能费用预评估时，年节能量的确定圴应使用式（4）计算。

简单年节能费用的计算见式（5）。

        W_j=C_C△Q_s    （5）

式中：△Q_S -以电及其他一次能源为辅助热源时，均按照

       其中：C_C= C^，_C/q   (6)

（电0.83元/度，原煤0.6元/kg，柴油6.2元/kg，天然气4.3元/m³）

q-常规能源的热值，MJ/kg或MJ/m³。

（电0.83元/kW·h，原煤0.6元/㎏，燃油6.2元/㎏，天然气4.3元/m³）

电：3600 kJ/ kW·h；工业煤：20900 kJ/㎏燃油：41310 kJ/kg；天然气：35530 kJ/Nm³；

带入公式计算：

如果用电：W_j=3312832元；  

如果使用煤炭：W_j= 617752元；

如果使用燃油：W_j=2772712元；

如果使用天然气：W_j=1956364元。

（2）寿命期内总节省费用的计算见式（7）

SAV=PI（△Q_S-A_dDJ）-A_d        （7）

式中： △ Q_S -以电及其他一次能源为辅助热源时，均按照

    PI-折现系数；

    C_C-系统评估当年的常规能源热价，0.23元/MJ；

A_d-太阳能热水系统总增投资，3870250 元；

D_J-每年用于与太阳能热水系统有关的维修费用占总增投资的百分率，一般取1%。

其中 ：

带入公式计算：

PI=10.35296423

寿命期内燃煤总节省费用：SAV=9266278元

太阳热水系统的投资组成见图3。

图3 太阳热水系统初投资组成

图3中的虚线部分，是太阳能热水系统的增加投资，即太阳能集热系统的投资部分；太阳集热系统投资主要包括集热系统和控制系统两部分的投资。一个设计合理的太阳能热水系统，应能在寿命期内用节省的总费用补偿回收增加的初投资，完成补偿的总累积年份即为增投资的回收年限或增投资的回收期。

增加投资的回收期有两种算法：一种是静态回收期计算法；另一种是动态回收期计算法。两种算法的差别在静态回收期没有考虑资金折现系数的影响，但计算简便；而动态回收年限考虑了折现系数的影响，更加准确。

    静态回收期计算不考虑银行贷款利率、常规能源上涨率等影响因素，常用于概念设计阶段，可以迅速了解太阳能系统增投资的大概回收期。静态投资回收期可用式（8）计算：

   Y_t=W_z/W_j     (8)

式中Y_t-太阳能热水系统的简单投资回收期；

     W_z-太阳能热水系统与常规热水系统相比增加的初投资；

W_j-太阳能热水系统的简单年节能费用。

代入公式计算：

相对于用电的静态投资回收期：Yt=1.14；

相对于用煤的静态投资回收期：Yt=6.09；

相对于用油的静态投资回收期：Yt=1.36；

相对于用气的静态投资回收期：Yt1.92。

    当太阳能热水系统运行n年后节省的总资金与系统的增加初投资相等时，式（7）成立，即SAV=0

     PI（△Q_SC_{S -}A_dD_J）=A_d     (9)

则此时的总累积年份n定义为系统的动态回收期N_e

  (10)

           (11)

其中PI=A_d/（△Q_SC_S -A_dDJ） 

式中△Q_S以电及其他一次能源为辅助热源时，均按照计计算。

相对于用电的动态回收期：PI=1.15   Ne=1.22；

相对于用煤的动态回收期：PI=6.49  Ne=8.09；

相对于用油的动态回收期：PI=1.38  Ne=1.47；

相对于用气的动态回收期：PI=1.96  Ne=2.13；

根据要求投资回收年限宜在10年以内，所以本设计合理，满足要求。

太阳能热水系统的费效比是指太阳能热水系统在寿命期内的节能量与系统增加投资的比值。该值反映了太阳能热水系统每节省（替代）1kW·h热水终端用能所需要的投资成本；其计算公式为（12）。

               （12）

式中   RCE-太阳能热水系统费效比，元/kW·h；

        n-系统寿命期，年；

△ Q_S以电及其他一次能源为辅助热源时，圴按照计算。