浅谈太阳能在高校校园建设中的应用

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  摘要:通过项目实例,介绍了价值工程在建设项目方案筛选过程中的应用。应用价值工程理论,对项目方案进行分析,在保证所要求的功能的前提下,探讨方案的优劣,选择最佳方案,为高校在基础建设过程中提高投资效率提供科学的决策依据。
  关键词:价值工程;高校建设;方案筛选
  作者简介:张璐(1983-),男,河北保定人,华北电力大学基建处,助理工程师;李献策(1981-),男,河北石家庄人,华北电力大学基建处,助理工程师。(河北 保定 071003)
  中图分类号:TK519     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)04-0021-01
  
  一、太阳能简介
  太阳能是一种无成本、无污染的一次能源。在我国陆地表面,每年接受到的太阳能相当于1700亿吨标准煤的能量,全国太阳能年辐射总量在3.8~8.4×102KJ/m2之间,全国2/3以上的地区年日照时数大于2000小时。因此,我国具有丰富的太阳能资源和良好的太阳能开发利用基础,在我国华北(北纬40度)地区,夏季太阳的日暴辐量平均值为23MJ/m2,冬季太阳的日暴辐量平均值为l7MJ/m2,全年的日照时数为2200小时,该数据表明在我国北方地区太阳能的利用方面具有相当大的潜力。
  太阳能资源虽然有丰富、清洁、无需运输等优点,但它也存在以下缺点:第一,能量密度低。实际投射到地球表面的太阳辐射功率,晴天时也仅为500~1000W/m2。因此要想获得一定的辐射功率,需要较大的接收面积。第二,间断性和不稳定性。由于受昼夜、季节、阴雨、地理纬度等自然条件的限制,太阳能是一个间断不稳定的能源,实用中必须注意应用方法的问题。
  二、太阳能在高校校园中的主要应用方式
  现阶段太阳能的应用主要包括日光照明、太阳能热水系统和太阳能电池。
  1.日光照明
  日光照明是人类最早对太阳能的应用,属于人类对太阳能的被动应用,在太阳能应用中占有最重要的作用,在建筑物中合理布置窗户与采光井可以最大程度上应用“免费”能源,减少人工照明,达到节能减排的目的。
  为达到充分利用自然光的目的,国外普遍流行一种光导照明的新型照明装置。光导照明系统通过室外采光装置收集室外的自然光线并导入系统内部,通过特殊制作的光导管传输,经由系统另一端的漫反射装置均匀地散射到室内。由于采集太阳光的光导管绿色照明系统结构简单,安装方便,成本较低,实际照明效果很好,在国外发展十分迅速,应用比较广泛。
  以一间200m2的教室为例,教室照度300流明,约需节能灯具16套,每天日间照明10小时,单位面积耗电13W/m2(规范值),每年9个月耗电7118kw·h,用电费用3702元,灯管约半年更换一次,灯具两年检修一次,每年需费用约2600元,共计费用为6302元。安装照明200m2的光导设备的费用为约4.6万元,投资回收期为7.3年,不计灯具更换费用的投资回收期为12.4年,光导设备寿命为20~30年,在不考虑光导设备节能减排作用的前提下,在校园建设中应用自然光照明设备已初步具备条件。随着光导照明设备在国内逐步推广,光导设备的价格也会相应下降,将拥有更大的应用价值,是太阳能在校园内应用的一个重要方向。
  2.太阳能热水系统
  太阳能热水系统是可再生能源技术领域商业化程度最高,应用最广泛的技术。充分利用太阳能,可以大大降低能耗,对节能减排意义重大。按每平方米太阳能热水器每年替代标准煤100公斤计算,2009年的替代量是600万吨,相当于当年全国总能耗16.6亿吨的0.3%左右,节能效果非常显著。
  太阳能热水系统在校园中应用的前景非常广泛,在宿舍提供洗浴用热水可以使用适合较小面积的集管式太阳能,避免了集中供热的管道费用和途中的热损失,大型浴室使用自动化程度高的联集管式热水器,可以满足数千人同时洗浴的要求。以华北电力大学太阳能浴室为例,每小时消耗热水80吨,安装太阳能集热面积约1000m2,含PLC设备总造价约130万元,根据保定地区太阳辐射度和集热器对太阳能的吸收量,每平米太阳集热面积年平均吸收量为2549 MJ/㎡。
  1000平米太阳集热面积年吸收量:1000㎡×2549 MJ/㎡=2549000 MJ。
  1000平米太阳集热面积每年可节约燃气(按天然气平均发热量35000KJ/m3,热效率按80%计算)约为:91036m3,15年节约天然气量为1365544m3。天然气价格按2.04元/m3计算,每年節约天然气费用18.6万元,15年节约天然气费用279万元。考虑天然气价格上涨因素,投资回收期为5.5年左右。
  太阳能热水系统以太阳能为主要能源,安全、经济、无污染,可实现全自动运行,不需要安排运行人员,日常运行维护费用几乎为零,主体使用寿命可达15年,属于一次投资较大的节能、环保项目。单纯从投资的角度分析,鉴于燃煤锅炉在各地已停止审批,浴室采用太阳能热水系统和燃气锅炉和电加热系统投资效果比较明显,长期运行可节约大量费用。
  3.太阳能电池
  近年来,太阳能电池的光伏发电技术得到了世界各国的高度重视。从欧美的太阳能光伏“屋顶计划”到我国的西部光伏发电项目,太阳能光伏发电已经显示出其强劲的发展势头。随着光伏发电技术的发展和低成本光伏组件的产业化,太阳能的利用受到许多国家的重视,各国竞相开发各种光电新技术和光电新型材料,以扩大太阳能的应用领域。根据联合国专家分析,至2015年光伏电池发电成本可以降至0.045-0.091美元,在相当大程度上具有了竞争能力,也为高校在校园中应用太阳能电池提供了可能。
  目前,太阳能电池在校园中主要作为路灯、景观照明的电源使用,在使用过程中不可避免地出现了一些问题。虽然太阳能灯具不需要进行电缆的敷设,但除正常的灯杆基础外,根据实际情况,太阳能灯具的蓄电池容量不一,所占的体积也就有所不同,根据普遍的保证连续阴雨四天能正常使用的性能参数,杆长7m的路灯所需的蓄电池组体积过大,无法杆内设置,必须在杆侧另行做井,并保证防水。而且单片太阳能电池一般是不能使用的,单片太阳能电池的输出电压在标准情况下只有0.48V,实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成,用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中,如果有一片太阳能电池单独被遮挡,例如树叶鸟粪等,单独被遮挡的太阳能电池在强烈日光照射下就会发热损坏,导致整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止产生热岛效应,一般是将太阳能电池倾斜放置,使树叶等不能附着,这就制约了太阳能灯具的适用范围。
  按实际情况对太阳能灯具的使用进行具体分析(见表1),使用灯具10盏,每天平均照明10小时,使用年限10年,灯具为铸铁(高度为7米,灯高6米)。
  太阳能路灯一次性投资高,无运行费用,但依然需要维护,虽然太阳能电池板、LED灯寿命很长,但在实际使用中能否达到预期的使用寿命还需要实践的检验。实际使用过程中一些突发的事件也会影响使用或者损坏灯具,这时的维修费用较高。因此现阶段在校园中大面积推广太阳能路灯还为时尚早。
  虽然太阳能电池在校园内应用的时机还不成熟,但太阳能电池产品在校园内依然拥有广阔的前景,随着太阳能电池板的价格降低,能量转换效率提高,相信在不远的将来,大学校园内大面积的“阳光屋顶”可以并网发电,为学校节省大量的电费开支。
  三、结语
  随着我国经济的高速发展,能源问题引发的矛盾日益突出,校园建设中科学地引入新能源,不仅提高了校园现代化水平,更为我国社会节能减排作出了榜样,通过在校园中生活的广大师生以及走出校园的毕业生影响到更广大的范围。
  
  参考文献:
  [1]张莹璞.浅谈建筑节能之能源的合理利用[J].建筑设计管理,2010,(2).
  [2]李瑞春,卢恩贵.校园洗浴热水系统的太阳能应用[J].河北能源职业技术学院学报,2004,(3):43-49.
  [3]尚拓.光导照明系统在园搏园的应用[J].建设科技,2010,(8):58-59.
  (责任编辑:张中)
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