太陽能集中熱水系統(tǒng)節(jié)能效益分析研究

梁 錕 ，曹 慧

1.陜西省建筑職工大學，陜西西安 710068

2.陜西省建筑科學研究院，陜西西安 710082

西安市位于中國大陸腹地黃河流域的中部的關中盆地，東經108°56′、北緯34°18′之間。全年日照時數(shù)為2 800h～3 200h，輻射量在5 860～6 700MJ/m2·a，月平均氣溫≥10℃、日照時數(shù)≥6h的天數(shù)為230d～275d，是我國太陽能資源較為豐富的區(qū)域。

以西安市某家屬樓為例對民用太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益進行分析研究。該項目位于陜西氣候三區(qū)，建筑物南北朝向，其建筑面積為20 164m2，建筑總高為35.8m，12 層，共4個單元，共136戶，采用外墻外保溫構造體系，樓梯間不采暖。屋面保溫層為55厚XPS 擠塑聚苯板，外墻保溫采用55 厚EPS 發(fā)泡聚苯板，外窗采用中空玻璃斷橋鋁合金窗。外窗及陽臺門氣密性均不低于4 級，戶門采用三防門。樓梯間隔墻采用20 厚EPS 發(fā)泡聚苯板保溫，抗震設防標準為8 級烈度。

根據(jù)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范》條文，對于年日照時數(shù)大于1 200h，年太陽輻射量大于3 500MJ/m2的地區(qū)，適合使用太陽能熱水系統(tǒng)。使用基本原則是：對于太陽能資源豐富和較為豐富的地區(qū)，應在有熱水供應需求的民用建筑上推廣使用太陽能熱水系統(tǒng)；對于資源一般地區(qū)，應優(yōu)先考慮和選擇太陽能熱水系統(tǒng)；資源貧乏的地區(qū)，應進行投資收益分析，并在合理的前提條件下優(yōu)先選擇使用太陽能熱水系統(tǒng)。

太陽能熱水系統(tǒng)的選型不僅要合理設計集熱器安裝的位置，還要結合建筑功能及用戶對熱水供應的需求，綜合考慮環(huán)境、氣候、太陽能資源，可供給的常規(guī)輔助能源類型和施工條件等諸因素。太陽能熱水系統(tǒng)可選用的類型主要有兩種：一是普通家用太陽能熱水器，一戶一機供應熱水；另一種是太陽能集中熱水系統(tǒng)，統(tǒng)一集中供應熱水。在充分綜合比較后，該項目確定最終采用太陽能集中熱水系統(tǒng)，可滿足建筑一體化的設計要求，又可解決136業(yè)主生活熱水的要求，全年全自動運行。未采用普通家用太陽能熱水器，一戶一機供應熱水的原因如下：1）由于屋面面積不足；2）如采用單戶單機熱水，供水管路不進行循環(huán)，低層用戶需將30多米管道內冷水放盡才能使用到熱水，造成水資源浪費，經濟性差；3）如采用單戶單機熱水，屋面管道雜亂，不便于管理。

太陽能集中熱水系統(tǒng)是指利用太陽能集熱器吸收太陽輻射熱能，加熱冷水使其升溫，經由循環(huán)管路系統(tǒng)把熱水輸送到保溫水箱，再通過專用管路至用戶。為確保太陽能集中熱水系統(tǒng)在陰雨雪天能正常供應熱水，除了太陽能集熱器、保溫水箱、管路系統(tǒng)、支架等部分之外還增加控制系統(tǒng)、輔助能源加熱系統(tǒng)，輔助能源可采用清潔能源天然氣輔助加熱。

該項目按一戶日用水150L的需求計，每天該項目的業(yè)主需要大約20t 熱水。太陽能熱水系統(tǒng)的日產水量，與太陽的輻射強度和日照時數(shù)有關，冬、夏季的產水量出入很大，若按夏季工況設計，投資低但一年三季需要輔助其他能源，運行費用會提高；若按冬季工況設計，運行費用低，投資高。如按春秋季設計，可以保證三季不用輔助能源（陰雨天除外），不足部分由其他常規(guī)能源輔助加熱，初投資和運行費用都更合理，技術經濟性更高。根據(jù)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范》進行系統(tǒng)設計計算，系統(tǒng)集熱器總面積為320m2，太陽能循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)為：流量：3.20L/s；水泵揚程：12m。

該項目太陽能集中熱水系統(tǒng)初投資約需39萬元，系統(tǒng)年運行費用約5.70萬元，燃氣熱水鍋爐年運行費用約17.25萬元。按照靜態(tài)投資回收年限計算，不考慮鍋爐設備的增投資費用，未考慮太陽能使用期內（15年）互補能源燃料價格的上漲因素，靜態(tài)回收期約為3.4年。目前國產太陽能熱水器的工作壽命是10年～15年，和價格偏低的天然氣相比，該項目太陽能集中熱水系統(tǒng)能在壽命期內回收增投資。

該項目用戶設計熱水需求為年7 300t，按照太陽能資源Ⅲ類的寒冷地區(qū)，太陽能集中熱水系統(tǒng)設計太陽能保證率為50%，系統(tǒng)設計進水溫度15℃，出水溫度60℃計算，該建筑使用太陽能集中熱水系統(tǒng)可以實現(xiàn)一年節(jié)約23 500kg的標準煤（相當于16 450kg原油，19 353 方天然氣，19 1212 度電），減少排放二氧化碳58 045kg，減少排放二氧化硫470kg，減少排放氮氧化物235kg。

《2009年西安統(tǒng)計年鑒》提出最新年竣工房屋面積，2007 為835.95萬m2，按照新建建筑總面積的10%采用太陽能集中熱水系統(tǒng)，應用面積可達到83.6萬m2，有效降低建筑運行成本，實現(xiàn)經濟能源的可持續(xù)發(fā)展。

隨著經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求量日益高漲，能源緊缺與居民生活舒適度提高的矛盾必將凸現(xiàn)，太陽能的利用勢必成為今后能源利用的發(fā)展新方向，陜西省在太陽能建筑應用方面已有一定基礎，已成功實施應用太陽能集熱器面積達到300萬m2，政府發(fā)布文件《陜西省人民政府關于進一步加快新能源發(fā)展的若干意見》，促進太陽能建筑應用產業(yè)的健康快速發(fā)展。

[1]中國建筑科學研究院，等.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用 技術規(guī)范.GB50364—2005.

[2]西安市統(tǒng)計局.2009年西安統(tǒng)計年鑒，2009.