随着人们的环保、节能意识不断加强，太阳能的利用已成为一种趋势。在太阳能热利用技术中，太阳热水器是目前实际应用最多、技术上比较成熟的产品。近年来，无论国外还是国内，太阳热水器的利用都呈现良好的景象。我国太阳热水器的使用面积以每年15％的速度增长，预计到2010年将达到1亿m2。
    用生命周期评价（LCA）方法对太阳热水器进行评价，可以为环境决策者提供借鉴，为太阳热水器设计者提供产品改进的方法。国内用LCA方法并结合TRACR模型和AHP方法，对太阳热水器系统和燃煤锅炉系统从整个生命周期过程进行了综合效益评价，得出天津地区每安装1m2太阳能集热器代替燃煤锅炉系统，在太阳热水器的全生命周期内可以净减排8022 kg CO2、150.36 kg NOX、6104kg SO2、361.63 kg TSP和节煤2.7t等结论。意大利有人用LCA法对平板式太阳热水器进行了分析评价，并用能源回收年限（生命周期整个过程所消耗的能源与每一年节约的净能源比值）和排放气体回收年限（生命周期整个过程排放量与每一年减排量的比值）作为评价指标，得出能源回收年限和CO2回收年限都低于两年。可以看出，太阳热水器有节能、环保等优点。太阳热水器以其节能、环保等优势得到迅速发展，然而太阳热水器与同种规格的电热水器比较，以及太阳能大面积推广后的减排量和经济效益等方面的研究还不多。为此，本文在系统收集国内产品数据和环境数据的基础上，采用适合我国的影响评价模型(AGP)，通过用户控制界面、清单数据输入、清单结果解释、权重确定和影响评价五个模块对太阳热水器和电热水器进行生命周期评价和比较，并对太阳热水器的大面积推广的环境效益进行分析评价。

研究对象和生命周期系统边界

    一、研究对象

    本文选择无抗冻性能的平板式太阳热水器作为这次的研究对象，选择1t水由20℃加热到50℃所需要的热量作为全生命周期评价的功能单元。同时，本文选择容积为40L、功率为1500W的电热水器作为比较对象，对太阳热水器的生命周期环境影响进行分析与评价。在生命周期评价中，其清单分析和影响评价中涉及很多的计算，本文只列出清单结果和影响评价结果。

    二、系统边界确定

    本文把太阳热水器系统边界分为5个单元阶段：原材料获取阶段、生产阶段、使用阶段、运输阶段和固废处理阶段，如图1所示。由于固废处理较为复杂，本文不考虑废物处理阶段。因为太阳热水器有辅助加热设备，本文假设采用电加热方式，所以使用阶段要消耗电力，并有相应的污染排放。图1中虚线内的阶段是本文要分析的。
 

清单分析

    一、清单数据来源
    美国环保局制定了详细的清单分析步骤，但就我国来说，由于数据统计的欠缺及管理水平的限制，很多数据不能直接获得。本文大部分数据来自文献检索，部分通过调研获得。考虑热水器产生环境影响的特点，本文就枯竭性资源消耗(Nonrenewable Resource Depletion，NRDP)、全球变暖潜力(global warming potential，GWP)和酸化潜力(acid potential，AP)等几类环境潜值进行分析评价。

    二、各个阶段清单分析和最终结果

    1.太阳热水器
    因为选择的功能单元为1t热水从20℃升到50℃，需要计算全生命周期产水量。根据热平衡原理，一个生命周期的产水量用下式计算：
    Q=(E?Ac?η?G?t)/(△T?Cp)    (1)
    式(1)中各参数的意义及取值如下：Q为太阳热水器产水量，kg；E为太阳能年总辐射强度，kJ/(m2?a)，取E=5．18×106kJ/（m2?a）（取广州、乌鲁木齐、哈尔滨等城市的太阳能年总辐射强度的平均值）；Ac为太阳能热水器集热面积，m2，取Ac=2m2；η为太阳热水器的平均热效率，％，取η=50%；G为太阳能辐射能全年可利用系数，％，取G=58％；t为热水器的使用寿命，a，取15a；△T为水的温升，℃，取温升为30；Cp为水的比热容，kJ/（kg?K），取Cp=4．2kJ/（kg?K）。据以上数据，得到太阳热水器全生命周期的产水量为358t。本文以此数据为基准计算每吨热水的各种LCA分析需要的数据。
    在原材料获取阶段涉及的材料较多，且没有特别贵重的材料。为了简化对环境的影响，忽略重量较轻且占产品比重不及5％的材料或组分；超过5％的输入材料或组分，以及对环境影响特别严重的输入成分，无论比重多少应算在内。太阳热水器的主要原材料如表1所示，数据来自生产产品的公司（广州科凌新技术有限公司）。表1中数据为一台太阳热水器的用材，以吨热水为功能单元的耗材和排放见表2。
    原材料获取阶段是由各个所用材料进行清单分析得到的能耗和排放相加而得到。生产过程阶段包括焊接、等离子切削等的能耗和排放，其数据来自产品公司。运输阶段包括两个部分：原材料运到热水器加工厂和热水器的送货。运输过程有运输工具尾气排放和燃料消耗。在此选择公路运输，燃料选择柴油，原材料到热水器厂的运输里程按150 km计算，热水器的送货里程按30 km计算。能源消耗而对环境的污染可以用下面公式计算：

    运输污染=单位运输里程能耗×运输总里程×总运输质量×单位污染物

    2.电热水器

    通过初步的估算，电热水器的原材料获取、生产和运输3个阶段的能源消耗和污染排放与使用过程中的能源消耗和污染排放相比较小，因此本文仅考虑电热水器的使用阶段，即把1 t水从20℃加热到50℃所消耗的电力和相应的污染排放，其清单分析结果如表3所示。

影响评价

    本文采用当量系数法，先把清单分析的结果按照枯竭性资源消耗(NRDP)、全球变暖潜力(GWP)和酸化潜力(AP)等进行分类，然后把各种污染物的数值与当量因子相乘，最后同类相加得到总的影响潜力结果。太阳热水器和电热水器的评价结果如表4和表5所示，其中的当量因子来自于IPCC等国际组织和研究机构的研究结果。
 

    从表4和表5可看出，在不考虑电热水器原材料获取、生产和运输阶段情况下，电热水器的GWP、AP分别为太阳热水器的1.34倍、1.34倍，如果考虑原材料获取、生产和运输阶段，这些值更大。可以看出，太阳热水器在改善环境方面具有显著的优势。

环境效果和经济效益分析

    一、环境改善效益分析
    太阳热水器和电热水器的计算结果表明，安装2 m2的太阳热水器（假设辅助加热设备为电加热方式、一年使用天数为300d），每产1t热水可比电热水器减排0.09kg烟尘、0.10kgS02、0.05kgNOx、10.9kgC02。如果将加热1t热水太阳热水器消耗的电力与电热水器消耗的电力相比，则可节电9.27kWh。2004年我国燃煤发电机组的供电标准煤耗为379g/kWh，可以得出每加热1 t热水，太阳热水器比电热水器可节约标煤3.51kg。在太阳辐射总量为5．18×106kJ/(m2?a)的情况下，每安装面积为2m2的太阳热水器，在全生命周期内可以减排32.2 kg烟尘、35.8kgSO2、17.9kgNOx、3902.2kgC02和节约标煤1257.8kg。
 
 

    本文应用LCA方法，对太阳热水器从整个生命周期过程进行了综合评价，并与家用电热水器进行了比较分析，得到的主要结论如下：
    1.在不考虑电热水器原材料获取、生产和运输阶段情况下，电热水器的全球变暖(GWP)和酸化潜力(AP)分别为太阳热水器的1.34倍和1.34倍；如果考虑其原材料获取、生产和运输阶段，这些值将更大。所以，太阳热水器在改善环境方面具有很大的优势。
    2.每安装2m2的太阳热水器，在其生命周期内可以减排32.2kg烟尘、35.8 kgS02、17.9kgN0x和3902.2 kg CO2，节约标煤1257.8 kg。
    3.由分析结果可以看出，太阳热水器的污染的关键环节是使用阶段，而减少其排放的方法是提高集热效率。除了使用阶段，其他几个阶段中原材料获取阶段的排放相对较多，特别是铝材生产对环境影响较大，所以在太阳热水器的设计中尽量减少其使用量。
    4.太阳热水器目前的一次性投资比电热水器高，但是日常消耗比电热水器少，使用寿命也较长，可以带来长期的经济效益。