علوم و تكنولوژي محيط زيست، دوره هجدهم، شماره سه، پاييز 95

آناليز هزينههاي اقتصادي و محيط زيستي جايگزيني آبگرمكنهاي گازي و برقي با
آبگرمكنهاي خورشيدي

حسين يوسفي1
Hosseinyousefi@ut.ac.ir 1يونس نوراللهي
سميه طغياني2
تاريخ دريافت: 14/3/92 تاريخ پذيرش:20/5/93

چكيده
زمينه و هدف : به دنبال بحران نفت در دهه هفتاد ميلادي و افزايش قيمت سوختهاي فسيلي، استفاده از انرژيهاي تجديدپذير رونق گرفت. ب ه دنبال كشف مشكلات و موارد محيطزيستي پديده گرمايش جهاني و تغييرات آب و هوايي، مسأله حفاظت از محيط زيست و تامين انرژي پايدار و پاك جوامع حايز اهميت شد. به كارگيري انرژيهاي نو و تجديدپذير به ويژه انرژي خورشيد، اين منبع لايزال الهي به دليل دريافت آسانتر و در دسترس بودن آن، در طي سالهاي اخير بيشتر مورد توجه دانشمندان و دانشجويان مرتبط با رشتههاي انرژي قرار گرفته است. روشهاي گوناگوني براي استفاده از اين انرژي پاك و لايزال الهي وجود دارد، اما گرمكردن آب با استفاده از آبگرمكنهاي خورشيدي، شايد از آسانترين و اقتصاديترين روشهاي موجود باشد.
روش بررسي: دراين تحقيق امكانسنجي اقتصادي و محيطزيستي استفاده از سيستمهاي آبگرمكن خورشيدي در ساختمان مسكوني 6 واحدي (خانوارهاي 4 يا 5 نفره) در تهران با استفاده از اطلاعات واقعي و در محيط نرم افزار Retscreen مورد بررسي قرار گرفته و مدلسازي شده است.
يافته ها و نتايج: نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه با جايگزيني آبگرمكنهاي گازي با آبگـرمكن هـاي خورشـيدي، ميـزان صـرفهجـوييساليانه در مصرف گاز طبيعي براي كل خانوارها براي تامين آب گرم مصرفي مورد نياز 5820 مترمكعـب مـي باشـد و ميـزان صـرفهجـويياقتصادي ساليانه برابر با 000،402،6 ريال خواهد بود و در اثر جايگزيني آبگرمكنهاي برقي با آبگرمكنهاي خورشيدي، ميزان صرفهجويي ساليانه در انرژي الكتريكي 22995 كيلووات ساعت و ميزان صرفهجويي اقتصادي سالانه 000،244،120 ريال ميباشد.
واژه هاي كليدي: انرژيهاي تجديدپذير، آبگرمكنهاي خورشيدي، هزينه هاي محيطزيستي.

استاديار گروه انرژيهاي نو و محيط زيست، دانشكده علوم و فنون نوين، دانشگاه تهران *(مسوول مكاتبات)
دانش آموخته كارشناسي ارشد مهندسي انرژيهاي تجديدپذير، دانشكده علوم و فنون نوين دانشگاه تهران.

J.Env. Sci. Tech., Vol 18, No.3, autumn 2016

Economical and Environmental Costs Analysing of Replacing Gas and Electric Water Heaters with the Solar Water Heaters

Hossein Yousefi 1٭
Hosseinyousefi@ut.ac.ir
Younes Noorollahi1
Somayeh Toghyani 2

Abstract
Bachground and Objective: Following the oil crisis in the seventies and the rising cost of fossil fuels, the use of renewable energies flourished. Applying of new and renewable energies, especially solar energy, the divine eternal source due to its easy availability and, in recent years more attention has been scientists and students of the energy. A variety of methods exist for the use of clean energy and eternal God, but heating water using solar water heaters, as perhaps is the easiest and most economical method.
Method: In this study, environmental and economic feasibility of using solar water heater systems in residential buildings, 6 units (households with 4 or 5 persons) using real data in the environment of Retscreen software has been studied.
Findings and Conclusion: Results of this research show that the replacement of gas water heaters with the solar water heaters, the annual savings in natural gas consumption to supply hot water for the entire households is consuming 5,820 cubic meters. And the rate of annual economic savings equals 6402000 rials will be replace the electric water heaters the solar water heaters, electrical energy savings of 22,995 kWh annually and annual economic savings of 120,244,000 Iranian Rials.

Key words: energy crisis, renewable energy, solar water heaters, reducing CO2 emissions.

Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran*(Corresponding Auther).
Assistant Professor, Department of Renewable Energies and Environment, Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran
27

مقدمه
مسأله تأمين انرژي مورد نياز از ديرباز از دغدغههاي فكري بشر بوده و با پيشرفت صنايع و تكنولوژي، اين مسأله به تدريج حادتر گرديده است. با محدوديت منابع تأمينكننده كنوني انرژي و مسايل محيطزيستي توجه به منابع ديگر انرژي طي دو دهه گذشته بيشتر شده و در اين راستا، استفاده از انرژيهاي تجديدپذير به منظور جايگزين نمودن آنها با سوختهاي فسيلي و كاهش آلودگي به تدريج افزايش يافته است.
يكي از مهم ترين منابع انرژيهاي تجديدپذير، انرژي خورشيدي ميباشد كه با توسعه نگرشهاي محيطزيستي و راهبردهاي صرفهجويانه در بهرهوري از انرژيهاي تجديدناپذير، استفاده از آن در بسياري از كشورهاي جهان رو به فزوني گذاشته است (1).
كشور ايران در بين مدارهاي 25 تا 40 درجه عرض شمالي قرار گرفته است و در منطقهاي واقع شده كه به لحاظ دريافت انرژي خورشيدي در بين نقاط جهان، در بالاترين ردهها قرار دارد.
متوسط تابش انرژي خورشيدي در ايران بين 5/4 تا 5/5 كيلووات ساعت بر مترمربع در روز تخمين زده شده است كه البته بالاتر از ميزان متوسط جهاني است. در ايران به طور متوسط سالانه بيش از 280 روز آفتابي گزارش شده است كه بسيار قابل توجه است.
انرژي خورشيدي ميتواند هم به شكل حرارت مانند آبگرمكن خورشيدي و هم به شكل الكتريسيته مانند پيلهاي خورشيدي تبديل شود. آبگرمكنهاي خورشيدي از طريق جذب انرژي خورشيد و تابش نور بر صفحات جاذب (كلكتور) عمل مينمايند و راندمان گرمايشي آنها در فصول مختلف سال، برحسب موقعيتهاي جغرافيايي هر شهر متفاوت ميباشد. اقتصادي ترين روش توليد آبگرم مصرفي ساختمانها، استفاده از انرژي خورشيدي است.
ميتوان از انرژي حرارتي خورشيد جهت تهيه آبگرم بهداشتي در منازل و اماكن عمومي بخصوص در مكانهايي كه مشكل سوخترساني وجود دارد، استفاده كرد. چنانچه ظرفيت اين سيستمها افزايش يابد، مي توان از آنها در حمامهاي
خورشيدي نيز استفاده نمود، همچنين بررسيهاي علمي و محاسبات دانشمندان نشان ميدهد كه يك دستگاه آبگرمكن خورشيدي بيش از 2 تن از آلودگي دي اكسيدكربن را در سال كاهش ميدهد (2).
استفاده اين سيستمها از منبع انرژي بيپايان و ارزان خورشيدي، يكي از مزاياي سيستمهاي خورشيدي ميباشد و از همه مهمتر، اين سيستمها برخلاف سوختهاي فسيلي تهديدي براي محيط زيست به شمار نميروند و بابت گرمكردن آب مورد نياز، گرمكردن فضاي ساختمان و يا هتل، تا سالها هيچ هزينهاي پرداخت نخواهد شد.
براي تهيه آبگرم در تمام ساعات شبانهروز، يعني در شبها و روزهاي ابري، آبگرم در مخزن دو جداره و عايق حرارتي كه دماي آب را تا 72 ساعت با كمترين افت دما حفظ ميكند، نگهداري ميشود. با استفاده از اين سيستم ميتوان هزينههاي مصرف گاز، گازوييل و برق را بهطور چشمگيري كاهش داد كه اين امر در پروژههاي بزرگ ملموستر خواهد بود، بهطوري كه بعد از گذشت زمان كوتاهي با صرفهجويي در مصرف سوخت، سرمايهگذاري اوليه مستهلك شده و بعد از آن بخاطر عمر بالاي دستگاهها سودآوري خواهد داشت. هزينههاي نگهداري و تعميرات اين سيستمها بسيار پايين و در حد صفر است؛ زيرا هيچ قطعه متحركي نداشته و طول عمر كاركرد سيستمهاي استاندارد و با كيفيت فني بالا تا 20 سال ميرسد (3).
مهم ترين مانع براي توسعه استفاده از سيستم آبگرمكن خورشيدي، سرمايهبر بودن اوليه اين سيستم خورشيدي است كه بر روي انتخاب مشتريان تأثير منفي ميگذارد. براي اين مسأله لازم است، راهكارهاي اساسي انديشيده شود. در مناطقي كه هزينههاي انرژي و حاملهاي انرژي زياد است و دسترسي به شبكه گاز و برق مشكل و يا اساساً دسترسي به آنها وجود ندارد، كاربرد اين محصول از اهميت فوق العاده اي برخوردار است. معمولاً ابعاد بهينه مولدهاي خورشيدي را به گونهاي انتخاب ميكنند كه در كنار تأسيسات حرارتي حدود 75 درصد نياز سالانه آبگرم مصرفي ساختمان را برآورده نمايد و يا به عبارتي ديگر، سيستمهاي خورشيدي حدود 9 ماه از سال صد درصد نياز آبگرم مصرفي ساختمان را تامين و در سه ماه فصل زمستان به صورت سيستم كمكي در كنار تأسيسات مركزي ساختمان عمل مينمايد (4).
با داشتن دانش كافي درباره تابش خورشيد، بهراحتي و به صورت بسيار مؤثرتر ميتوان انرژي خورشيد را براي گرم كردن آب مصرفي منازل و حتي كاربردهاي صنعتي به كار برده و كاهشي چشمگيري درميزان هزينه آبگرم مصرفي داد. براي تحقق اين اهداف، مطالعه دقيق اقتصادي – اجتماعي و محيطزيستي مزايا و موانع به كارگيري اين فناوري امري الزامي است. در اين مورد، پژوهشهاي متعددي در داخل و خارج از كشور صورت گرفته است كه ميتوان به موارد زير اشاره نمود:
ساتريس1 درسال 2004 در كشور قبرس به مقايسه استفاده از آبگرمكن معمولي با آبگرمكن خورشيدي پرداخت، و به اين نتيجه دست يافت كه استفاده از آبگرمكن خورشيدي نسبت به آبگرمكن معمولي در حدود 80 درصد صرفهجويي در مصرف انرژي الكتريكي را سبب ميشود (5).
هانگ2 در سال 2012، در مقاله خود به تحليل اقتصادي و محيط زيستي استفاده از آبگرمكن خورشيدي در آمريكا در سه منطقهي آتلانتا، شيكاگو و لسآنجلس پرداخت. آقاي هانگ در تحليل خود، از دو نوع سيستم آبگرمكن خورشيدي متفاوت (صفحهاي و لوله خلا) استفاده كرد كه با دو سيستم گرمايش كمكي (يعني گاز طبيعي و الكتريسيته) كار ميكردند و به اين نتيجه دست يافت كه، سيستم آبگرمكن خورشيدي كه از گاز طبيعي به عنوان گرمايش كمكي استفاده ميكند و كلكتور آن از نوع صفحهاي است، بالاترين عملكرد را در ميان سيستمهاي ديگر دارد. زمان بازگشت سرمايه براي سيستم آبگرمكن خورشيدي با توجه به موقعيت و منطقهي مورد نظر بين 4- 13 سال را پيشبيني نمود (6).
محمد ساتكين در سال 1380 به تحليل اقتصادي- اجتماعي بكارگيري انرژي خورشيدي در تامين آبگرم مصرفي خانوادههاي 4 الي 5 نفره در ايران پرداخت. ميزان مصرف انرژي و آلايندگي

Soteris
Hang

76182-4426

28 علوم و تكنولوژي محيط زيست، شماره 70، پاييز 95 يوسفي و همكاران
حاصل از روشهاي سنتي را تعيين و دوره بازگشت سرمايه اوليه بكارگيري آبگرمكن را 4 سال اعلام نمود (7).
مجتبي هراتيان در سال 1382 به تحليل فني و اقتصادي كاربرد آبگرمكن خورشيدي براي يك ساختمان دولتي در اصفهان پرداخت و با بررسي شرايط اقليمي منطقه، تاسيسات موجود و ميزان آبگرم مصرفي مورد نياز ساختمان، ظرفيت سيستم آبگرمكن خورشيدي مناسب را تعيين كرد. همچنين با در نظر گرفتن هزينههاي محيط زيستي، طول عمر سيستم آبگرمكن، پارامترهاي اقتصادي مرتبط با وضعيت اجراي طرح براي ساختمان مذكور از ديدگاههاي متفاوت اقتصادي مورد ارزيابي قرار داد (8).
فريده عتابي در سال 1390 با استفاده از نرمافزار RETScreen به امكانسنجي فني، اقتصادي و محيط زيستي استفاده از سيستمهاي آبگرمكن خورشيدي در ساختمانهاي شهر يزد براي ساختمان مسكوني ويلايي و مجتمع آپارتماني مسكوني پرداخته است. به اين نتيجه دست يافت كه، چنانكه تعداد ساختمانهاي مسكوني شهر يزد حدودا 200,000 واحد (شامل 120,000 آپارتمان و 80,000 واحد ويلايي) باشند، ميزان صرفهجويي ساليانه در مصرف گازطبيعي در ساختمان -هاي مسكوني ويلايي و مجتمعهاي آپارتماني شهر يزد به ترتيب برابر با 6696000 مترمكعب و 168240000 مترمكعب و ميزان صرفهجويي اقتصادي ساليانه به ترتيب برابر با 16,560,000 دلار و 41,520,000 دلار خواهد بود و سالانه
240,000 تن معادل 2CO از انتشار گازهاي گلخانهاي كاسته خواهد شد (9).
بررسي تحقيقات گذشته نشان ميدهد كه تاكنون پژوهشهاي زيادي در زمينه امكانسنجي بكارگيري آبگرمكن خورشيدي صورت گرفته است؛ اما اكثر قريب به اتفاق آنها بيشتر بر مزيتها و مسايل اقتصادي استفاده از آبگرمكن خورشيدي تاكيد داشتهاند و به مزاياي محيطزيستي و اجتماعي استفاده از اين فناوري كمتر توجه نمودهاند كه اين امر منجر به نتايج متفاوت و بعضاً دور از واقعيت در برآورد هزينههاي اوليه استفاده از آبگرمكن خورشيدي به منظور تامين آبگرم مصرفي شده است.
در پژوهش حاضر به منظور تحليل اقتصادي و محيط زيستي مزاياي بكارگيري آبگرمكن خورشيدي، سيستم ساده آبگرمكن خورشيدي، براي تهيه آبگرم خانوارهاي 4 و 5 نفره در ساختمان مسكوني (ساختمان مسكوني6 واحدي با 25 نفر ساكن) مورد بررسي قرار گرفته است. ميزان كاهش آلايندهها و همچنين ميزان صرفهجويي در مصرف گاز طبيعي و انرژي الكتريكي در اثر جايگزيني آبگرمكن خورشيدي به جاي آبگرمكن گازي و برقي محاسبه شده است و براي مدلسازي آن از نرمافزار RetScreen استفاده شده است.

مواد و روشها
29
در اين مطالعه استفاده از انرژي خورشيدي به صورت آبگرمكنخورشيدي به منظور استفاده بهينه از انرژي خورشيدي مورد بررسي قرار گرفته است. به منظور انجام اين پژوهش اقدام به گردآوري اطلاعاتي همچون ميزان مصرف آبگرم روزانه به ازاي هر نفر، متوسط دماي ورودي و خروجي به آبگرمكن و بهاي انرژي مصرفي بعد از حذف يارانههاي دولتي از كتب، نشريات و سايتهاي اينترنتي شد.
بدين صورت كه بار آبگرم مصرفي سالانه در مجتمع آپارتماني محاسبه شده و ميزان سوخت مورد نياز براي تأمين بار آبگرم مجتمع آپارتماني با در نظر گرفتن منابع انرژي (گاز طبيعي و الكتريسيته) محاسبه شده است، سپس با توجه به ميزان سوخت مصرفي ميزان انتشار گازهاي گلخانهاي محاسبه شده و هزينه اجتماعي اين آلايندهها و هزينه سوخت مصرفي محاسبه گرديده است.

شكل 1- شماتيكي از سيستم گرمايش خورشيد
Figure1- Schematic of a solar heating system
2- 1- معرفي آبگرمكنهاي خورشيدي
دستگاهي است كه انرژي خورشيد (نور مستقيم و عبارتند از: آبگرمكنهاي خورشيدي با كلكتور تخت آبگرمكن-غير مستقيم) را به انرژي گرمايي تبديل و آن را به آب انتقال هاي خورشيدي با كلكتورهاي لولهاي تحت خلا.
ميدهد. انواع آبگرمكن خورشيدي را ميتوان بر اساس تفاوت آنها در نوع كلكتور جاذب انرژي خورشيدي طبقهبندي كرد كه

12946-4429

30 علوم و تكنولوژي محيط زيست، شماره 70، پاييز 95 يوسفي و همكاران

2- 2- اجزاي آبگرمكن خورشيدي
اجزاي تشكيل دهندهي يك آبگرمكن خورشيدي عبارتند از:

(10) شكل 2- شكل بازدهي كلكتورها براي دماها و كاربردهاي مختلف گرمايشيFig 2- Efficiency of collectors for different temperatuers and various applications heating
سطح جاذب (كلكتور): جنس آن بر اساس شرايط اقليمي متفاوت بوده و تعداد آن بر اساس ميزان مصرف آبگرم روزانه تعيين ميشود. به طور كلي كلكتورهاي خورشيدي در دو نوع صفحهاي و لولهاي هستند كلكتورهاي صفحه تخت پراستفاده -ترين نوع كلكتورهاي خورشيدي ميباشند. با توجه به شكل (2)، كلكتورهاي صفحه تخت در آبگرمكنهاي خانگي در شرايطي كه آبّ و هواي منطقه مورد نظر سرد نباشد، استفاده ميشود و بازدهي بالاتري دارند.

مخزن ذخيره آبگرم: معمولا بهصورت مخزن دو جداره يا مخزن كويلدار ميباشد.
پمپ سيركولاسون: جهت گردش آب درون كلكتورها و تبادل حرارتي با تانكها
منبع انبساط: جلوگيري از نوسانات حجمي و يكنواخت كردن فشار سيال
نگهدارنده فلزي جهت مخزن و صفحه جاذب
لوله و اتصالات مربوطه

3- هزينه اجتماعي
هزينههايي است كه، اثرات تخريبكننده يا سوء يك آلاينده يا فعاليت بر محصولات كشاورزي، اكوسيستمها، مواد و سلامت انسان را برآورد ميكند و اغلب هزينههاي است كه در قيمت تمام شده در نظر گرفته نميشود. در تعريف ديگر به مجموع پولي كه بتواند صدمات ناشي از انتشار مواد آلاينده و گازهاي گلخانهاي را جبران نمايد، هزينه تخريب يا هزينههاي اجتماعي گفته ميشود خواهد شد(9). جهت محاسبه هزينههاي تخريب نياز به كمي كردن اثر آلايندهها و فعاليتها در محيطهاي اثرپذير (انساني و طبيعي) ميباشد.

نتايج و يافتهها
1- محاسبه كل بار آبگرم مصرفي سالانه در مجتمع مسكوني
در پژوهش حاضر به منظور تحليل اقتصادي و محيط زيستي مزاياي بكارگيري آبگرمكن خورشيدي، سيستم آبگرمكن خورشيدي صفحه تخت پمپدار براي تهيه آبگرم خانوارهاي 4 و 5 نفره، در ساختمان مسكوني 6 واحدي در تهران مد نظر قرار گرفته است. با توجه به استانداردهاي موجود در زمينه مصرف آبگرم در ايران، به ازاي هر نفر معادل 60 ليتر آبگرم براي مصرف در روز، دماي آب سرد ورودي به آبگرمكن، متوسط ساليانه دماي ورودي آب شهر به منازل مسكوني در سال حدود 5/15درجه سيليسيوس و دماي آب خروجي از آبگرمكن 60 درجه سيليسيوس در نظر گرفته مي شود . بار آبگرم مصرفي به ازاي هر نفر با معادله 1 محاسبه مي گردد: (11)

Q = ρ V C (T2-T1) (1)
Q: بار حرارتي آبگرم مصرفي (kJ)
V: مقدار واقعي آبگرم مصرفي در روز بر حسب ليتر C: گرماي ويژه آب ((kJ/kg

C 18/4
: T1 دماي آبگرم ورودي به آبگرمكن (°C 5/15)
: T2 دماي آبگرم خروجي از آبگرمكن (°C 60) ρ : وزن مخصوص آب (1 kg/L)
با توجه به رابطه بالا، بار حرارتي آبگرم مصرفي در روز براي هر نفر برابر خواهد بود با:
(2) ≈ kJ 161/11 = (5/15-60) × 18/4 × 60 كيلووات ساعت در روز 107/ 3

و اين ميزان آبگرم در طول يك روز براي يك خانوار 4 الي 5
نفره برابر است با:
14 ≈kJ 7/50222= (5/15-60) × 18/4 × 270 كيلووات ساعت در روز

در صورتيكه 75 درصد اين ميزان از انرژي توسط يك آبگرمكن خورشيدي در طول يك سال تامين گردد، ميزان كل انرژي حاصل با به كارگيري از اين سيستمها در طول يك سال براي يك خانواده 4 الي 5 نفره به صورت زير خواهد بود:
كيلووات ساعت 5/3832 =365× 75/0 × 14و ميزان انرژي حاصله در طول يك ماه برابر است با:
كيلووات ساعت 320 ≈ 12÷ 5/3832

با توجه به قيمت پلكاني برق كه در جدول 1 نمايش داده شده است، تقريبا 320 كيلووات ساعت مصرف ماهانه انرژي برق بعد از حذف يارانهها، ارزش ريالي اين ميزان انرژي در سال 1391 براي يك ماه برابر با 167000 ريال خواهد بود.

جدول1- محاسبه پلكاني هزينه ماهانه برق صرفهجويي شده توسط آبگرمكن خورشيدي
Table1- Staircase calculation of monthly cost savings of electricity by solar water heater
مبلغ (ريال) مصرف 30 روزه (Kwh) نرخ (ريال) مصرف 30 روزه (Kwh)
30000 100 300 0-100
35000 100 350 100-200
75000 100 750 200-300
27000 20 1350 300-400
167000 320 مقدار مصرف انرژي و مبلغ ماهانه

طول يكسال 22995 كيلووات ساعت كه ارزش ريالي اين ميزان انرژي 12024000 ريال ميباشد.
هزينه آبگرمكن خورشيدي كه توانايي تامين اين ميزان بار حرارتي در طول روز براي هر خانوار را داشته باشد، با توجه به اينكه در اين پژوهش از آبگرمكنهاي صفحهاي پمپدار استفاده شده، طبق اعلام شركت سازنـده 18000000 ريال اين رقم در يك سال برابر با 2004000 ريال خواهد شد كه اين مبلغ در صورت استفاده از آبگرمكن خورشيدي در طول يك سال براي يك خانوار 4 الي 5 نفره صرفهجويي پولي خواهد داشت. در مطالعهي موردي، ساختمان مورد نظر 6 واحد دارد، پس كل صرفهجويي ناشي از استفاده از انرژي خورشيدي در
32 علوم و تكنولوژي محيط زيست، شماره 70، پاييز 95 يوسفي و همكاران

ميباشد. حال با توجه به ميزان صرفهجويي پولي حاصل از مصرف اين آبگرمكنها به جاي آبگرمكنهاي برقي، زمان بازگشت سرمايه بهصورت زير ميباشد:
83/8 = 2004000÷18000000سال
اگر بار آبگرم بهدست آمده به معادل مترمكعب گاز طبيعي، تبديل گردد، ميتوان مقدار انرژي را در صورت بكارگيري گاز طبيعي بهدست آورد، كه براي محاسبه ميزان مصرف گاز طبيعي براي تامين آبگرم مصرفي از فرمــول زيـر استفـاده ميكنيم:
ضريب تبديل × ارزش حرارتي سوخت (3kJ/m 36000) × (7) بازده سوخت / ميزان انرژي گرمايي مورد نياز در يكسال
(kJ) = مصرف گاز ساليانه
با توجه به رابطهي بالا ميزان صرفه جويي در گاز طبيعي به- واسطهي استفاده از آبگرمكن خورشيدي به جاي آّبگرمكن گازي براي يك خانوار 4 الي 5 نفره در طول يكسال با توجه به بار حرارتي آبگرم مصرفي در يك سال و راندمان انواع سيستم- هاي آبگرم مصرفي ميزان حامل انرژي بصورت زير به دست ميآيد. اگر فرض كنيم، واحدها از سيستمهاي گرمايش با سوخت گاز طبيعي با راندمان 75% استفاده كنند، و حدود 70% از ميزان گاز طبيعي هر واحد مسكوني براي گرمايش آب با سيستمهاي خورشيدي جبران شود، در اين صورت مصرف گاز طبيعي (مترمكعب) در طول يكسال براي يك خانوار 4 الي 5 نفره به صورت زير خواهد بود:
50222/7 ×365 = 183/3 × 105 kJ
970 = (36000 × 75/0× 7/0) ÷ 105 × 3/183 با توجه به اين كه قيمت هر متر مكعب گاز طبيعي بطور متوسط 1100 ريال در نظر گرفته ميشود، گاز طبيعي صرفه جويي شده در يكسال براي خانوار 4 الي 5 نفره 1067000ريال خواهد بود. كه اين مبلغ در صورت استفاده از آبگرمكن خورشيدي در طول يك سال براي يك خانوار 4 الي 5 نفره صرفهجويي پولي خواهد داشت. در مطالعهي موردي، ساختمان مورد نظر 6 واحد دارد، پس كل صرفهجويي ناشي از استفاده از انرژي خورشيدي در طول يكسال 5820 مترمكعب كه ارزش ريالي اين ميزان انرژي معادل 6402000 ميباشد. با احتساب تنها هزينه به دست آمده از طريق صرفهجويي و يا توليد انرژي در سال 1067000، دوره بازگشت سرمايه اوليه اين محصول برابر با سال خواهد بود.
سال 86/16 = 1067000 ÷18000000

3- 2- كاهش هزينههاي اجتماعي با استفاده از آبگرمكن-هاي خورشيدي
در بخش انرژي كشور، هزينه هاي خارجي در واقع هزينههايي هستند كه به جامعه و محيط زيست در اثر توليد، انتقال، تبديل و مصرف انرژي تحميل ميگردند ولي در قيمت كالا يا خدمات منظور نمي گردند. عدم توجه به هزينه هاي محيط زيستي توليد برق باعث ايجاد آثار مخرب بر منابع مورد استفاده ميگردد و به عنوان نيرويي محرك، سيستم توليد برق را به سوي ناپايداري سوق مي دهد. به نظر مي رسد برآورد هزينه هاي محيط زيستي و لحاظ كردن آن در هزينه نهايي توليد برق گامي است به سوي شفاف سازي فرايند قيمت گذاري كالا و خدمات در بخش انرژي كه زمينه علمي لازم براي حركت به سوي قيمت گذاري مبتني بر بازار در مورد مصرف برق كشور فراهم مي شود.
اين هزينهها زماني شكل ميگيرد كه فعاليتهاي اقتصادي، با ايجاد اثراتي چون آثار سوءمحيط زيستي مستقيم (نظير انتشار آلايندهها)، تخريب اكوسيستمها و گروههاي ديگر اثر منفي بگذارد. به عبارت ديگر در علم محيط زيست براي كمي نمودن اثرات سوء محيط زيستي – بهداشتي از اين واژه استفاده ميشود. براي محاسبه دقيق هزينههاي اجتماعي بايد ارزش واحدهاي محيط زيستي شناخته شود و ميزان تاثير انواع آلايندهها بر واحدهاي محيط زيستي برآورد گردد.
هزينههاي اجتماعي ناشي از مصرف حاملهاي انرژي فسيلي در كشور براي آلايندههاي مختلف در ترازنامه انرژي سالانه بيان ميگردد.
افزايش سهم سيستم هاي خورشيدي در بخش انرژي باعثكاهش انتشار مواد آلاينده متعارف (SO2 ،NOx و غيره) مي گردد. همچنين كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي، هزينه خارجي سيستم انرژي را كاهش خواهد داد. استفاده از آبگرمكن خورشيدي به دليل كاهش استفاده از انرژيهاي فسيلي، منجر به كاهش ميزان هزينههاي اجتماعي ميگردد.

جدول 2- ميزان كاهش انتشار گازهاي گلخانهاي توسط آبگرمكن خورشيدي با ازاي هر خانوار 4 و 5 نفره
Table2- The reduction of greenhouse gas emissions per household by solar water heater with 4 and 5-seater
مقدار كاهش به واسطه آبگرمكن
خورشيدي (كيلوگرم در سال) مقدار انتشار به ازاي يك كيلووات ساعت (گرما) گاز آلاينده
2599/3 678/24 CO2
8/6 2/24 SO2
10/2 2/67 NOx
2611/3 683/15 جمع

در جدول 2 ميزان انتشار گازهاي آلاينده و گلخانهاي به ازاي هر كيلووات ساعت برق مشخص شده است. در كشور بيشترين انتشار در بين گازهاي آلاينده، گاز 2 CO24/678 گرم بر كيلووات ساعت، NOx با شاخص انتشار 67/2 گرم بر كيلووات ساعت و 2 SOبا شاخص انتشار 24/2 گرم بر كيلووات ساعت در رده بعدي قرار دارند. با در نظر گرفتن ميزان انتشار گازهاي آلاينده به ازاي هر كيلووات و با توجه به عدد به دست

آمده از راه صرفهجويي برق در يك خانوار 4 الي 5 نفره به واسطه استفاده از آبگرمكن خورشيدي، امكان محاسبه مقدار كاهش گازهاي آلاينده ميسر خواهد شد (12).
با توجه به جدول زير ميزان كاهش انتشار گاز 2CO بهواسطه استفاده از آبگرمكن خورشيدي به جاي آبگرمكن برقي براي هر خانوار 4 الي 5 نفره 6/2 تن و براي كل خانوارها 6/15 ميباشد.
كيلوگرم در سال 3/2599= 24/678× 5/3832
كيلوگرم در سال 15596 = 6 × 3/2599 با توجه به اينكه ميزان انتشار 2CO نسبت به انتشار 2SO و NOx بسيار بيشتر است، در محاسبهي هرينههاي محيط زيستي از آنها صرفنظر ميگردد. هزينه حذف و كنترل گاز دياكسيدكربن حاصل از آبگرمكنهاي برقي حدود 36 دلار به ازاي هر تن ميباشد (3).
با توجه به برابري نرخ ارز، هر دلار معادل 25000 ريال در نظر گرفته شد. ارزش ريالي پول صرفهجويي شده حاصل از كاهش حجم گاز دياكسيدكربن در نتيجه بكارگيري آبگرمكن خورشيدي براي هر خانوار در طول يكسال 2339370 و براي كل خانوارها 14036220 ميباشد. با در نظر گرفتن هزينهي محيط زيستي، زمان بازگشت سرمايه براي آبگرمكن خورشيدي به صورت زير ميباشد:
سال 14/4 = 4343370 ÷ 18000000 3- 3- محاسبه ميزان دياكسيد كربن توليدي بهواسطه مصرف گاز طبيعي
ميزان دياكسيدكربن براي هر سوخت از واكنش آن با اكسيژن حاصل ميشود (13).
گاز طبيعي :
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
36 + 44 → 64 + 16 (g) (17)
بر اساس رابطه فوق به ازاي هر گرم گاز طبيعي 75/2 گرم 2CO توليد ميشود. از طرفي هر 35/1 مترمكعب گاز معادل 1 كيلوگرم گاز طبيعي فشرده شده است. پس در طول يك سال ميزان 2CO توليدي بهواسطه استفاده از آبگرمكن گازي براي هر خانوار بصورت زير مي باشد:
كيلوگرم گاز طبيعي 5/718 = 35/1 ÷ 970

شكل 3- جريان نقدينگي Fig 3- Cash flow
بحث و نتيجهگيري
آبگرمكن برقي و گازي بررسي اقتصادي و محيط زيستي گرديد.
قيمت هر كيلووات ساعت انرژي الكتريكي با توجه به جدول پلكاني برق كه در متن ذكر شده و قيمت هر متر مكعب گاز طبيعي 1100 ريال در نظر گرفته شد. با اين فرضيات به اين نتيجه رسيديم كه بازگشت سرمايه بهواسطه جايگزيني آبگرمكن خورشيدي با آبگرمكن برقي با در نظر گرفتن هزينه هاي محيط زيستي، در حدود 6/3 سال ميباشد كه اين همزمان با كاهش ذخاير سوختهاي فسيلي و مصرف بيرويه آن، شاهد افزايش دماي كره زمين هستيم، كه بخش عمده اين افزايش به سبب استفاده از سوختهاي فسيلي است. در نتيجه، در طول چند دهه اخير استفاده از انرژيهاي نو و تجديدپذير بهخصوص انرژي خورشيدي مورد توجه قــرار گرفته است كه، نه تنها پايانناپذير است، بلكه به طور فراوان در طبيعت موجود ميباشد. در اين مقاله، جايگزيني آبگرمكن خورشيدي با
كيلوگرم 2CO 1975 = 75/2 × 5/718 با توجه به رابطهي بالا ميزان 2CO توليدي براي كل خانوارها در يكسال 82/11 تن ميباشد. با توجه به اينكه هزينه اجتماعي هر تن 2CO بر اساس مطالعات بانك جهاني و سازمان محيط زيست 36 دلار ميباشد. (3). هزينه اجتماعي آلايندههاي ناشي از مصرف سوختهاي فسيلي در تامين گرمايش آب را ميتوان، حساب كرد. حال با در نظر گرفتن هزينههاي محيط زيستي صرفهجويي شده به ازاي يك خانوار به مقدار محاسبه شده از طريق توليد انرژي توسط آبگرمكن خورشيدي در يك
34 علوم و تكنولوژي محيط زيست، شماره 70، پاييز 95 يوسفي و همكاران

خانوار 4 الي 5 نفره در طول يك سال، بازگشت سرمايه اوليه بصورت زير ميباشد:
ريال 1778333= 25000× 97/1 × 36
سال 32/6 = 2845333÷18000000 به منظور صحهگذاري محاسبات مربوط به جايگزيني آبگرمكن برقي با آبگرمكن خورشيدي از نرمافزار RETscreen در اين پژوهش استفاده گرديد. كلكتوري كه در اين پروژه استفاده شده از شركت سولار پلار است كه مشخصات آن در قسمت پيوست ذكر شده است. همانطور كه در شكل (3) نشان داده شده است پس از مدت زمان 1/4 سال سرمايهگذاري اوليه بازيافت شده و از آن سال به بعد منجر به صرفه جويي اقتصادي در مصرف انرژي ميگردد.
جايگزيني صرفه اقتصادي دارد. و بواسطه جايگزيني آبگرمكنگازي با آبگرمكن خورشيدي با در نظر گرفتن هزينههاي محيط زيستي، بازگشت سرمايه 32/6 سال ميباشد. پس در كل زمان بازگشت سرمايه جايگزيني آبگرمكنهاي برقي با آبگرمگنهاي خورشيدي كوتاهتر ميباشد و صرفهي اقتصادي زيادي دارند. اگر عمر متوسط آبگرمكن خورشيدي را 20 سال در نظر بگيريم، حدود 4/16 و 68/13 سال (به ترتيب با جايگزيني آن با آبگرمكن برقي و آبگرمكن گازي) اين محصول انرژي رايگان و سازگار با محيط زيست در اختيار ما قرار خواهد داد. اين امر نه تنها از توليد مقدار عظيمي از گازهاي آلاينده خواهد كاست، بلكه ما را از توليد مقدار چشمگيري از انرژي كه طبيعت به طور رايگان و پاك در اختيار ما قــرار ميدهــد، بهرهمند خواهد ساخت.

منابع
يعقوبي محمود، كناري علي، عزيزيان كيان (1381).
” نيروگاههاي گرمايي خورشيدي”، مجله مهندسي مكانيك، دوره يازدهم، شماره 26.
عتابي فريده، كعبي نژاديان عبدالرزاق، موسي زاده نميني الميرا (1390). ” آناليز فني، اقتصادي و محيط زيستي استفاده از آبگرمكنهاي خورشيدي در ساختمانهاي مسكوني”، نشريه انرژي ايران، دوره14، شماره4.
عزيزي علي، فريادي شهرزاد، (1391). ” تحليل اقتصادي اجتماعي و محيط زيستي مزاياي بكارگيري آبگرمكن خورشيدي (مطالعه موردي شهر شيراز)”، نشريه انرژي ايران، دوره 15 شماره 1.
سرمستي امامي محمد رضا (1390). “بررسي دستگاههاي گردآوريكننده انرژي خورشيدي و كاربردهاي آنها”، نخستين همايش ملي انرژي باد و
.خورشيد
.5 Soteris A. (2003). “Environmental benefits of domestic solar energy systems”, Energy Conversion and Management: 45, 3075–3092
.6 Hang Y., Qu M., Zhao F. (2012).
“Economic and environmental life cycle analysis of solar hot water systems in the United States”, Energy
and Buildings: 45, 181–188.
ساتكين محمد (1380). ” تحليل اقتصادي- اجتماعي بكارگيري انرژي خورشيدي در تامين آبگرم مصرفي خانوارهاي 4 الي 5 نفره در ايران”، سومين همايش ملي انرژي، .تهران
هراتيان مجتبي، آخوندي نادر (1382). ” تحليل فني و اقتصادي كاربرد آبگرمكن خورشيدي براي يك ساختمان دولتي در اصفهان”، مجموعه مقالات سومين همايش بهينهسازي مصرف سوخت در
.ساختمان
عتابي فريده، صلحي زاده مونا، موسيزاده نميني الميرا (1390). ” بررسي امكانسنجي استفاده از سيستمهاي آبگرمكن خورشيدي در شهر يزد”، نخستين همايش ملي انرژي باد و خورشيد.
.01 Soteris A. (2009). “Solar Energy Engineering Processes and Systems
book”, publisher Elsevier.
عيوضي زهرا (1384). ” استفاده از آبگرمكن خورشيدي در مناطق مسكوني/ تجاري منطقه 22 شهرداري تهران و اثرات آن در بهسازي محيط زيست”، چهارمين همايش بهينه سازي مصرف سوخت در .ساختمان
معاونت امور انرژي وزارت نيرو(1389). ترازنامه انرژي سال 1389.
خلجي اسدي مرتضي، عابدي زهرا، شرعي نيما
(1388). ” سيستمهاي تركيبي خورشيدي راه حلي نوين براي گرمايش در ساختمانها “، علوم و تكنولوژي محيط زيست، دوره 11، شماره3.



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید