太陽能熱水系統(tǒng)性能測試技術(shù)及結(jié)果分析

彭莉 郭良

（江西省建筑科學(xué)研究院 江西南昌 330046）

自2009 年住建部與財(cái)政部聯(lián)合啟動(dòng)可再生能源建筑應(yīng)用示范市和農(nóng)村地區(qū)示范縣的工作以來，江西省先后確定了可再生能源建筑應(yīng)用市級(jí)示范城市6 個(gè)，農(nóng)村可再生能源建筑應(yīng)用示范縣4 個(gè)、鎮(zhèn)1 個(gè)，省級(jí)推廣縣2 個(gè)。我省可再生能源主要利用形式為太陽能熱水系統(tǒng)。為了準(zhǔn)確掌握和了解可再生能源建筑應(yīng)用示范工程節(jié)能效果，確保示范工程的成功，進(jìn)行示范工程測評(píng)工作，為我省大規(guī)?？稍偕茉唇ㄖ?yīng)用提供數(shù)據(jù)，是整個(gè)可再生能源技術(shù)應(yīng)用結(jié)果評(píng)估和可行性推廣驗(yàn)證的重要手段。

1 江西省太陽能熱水系統(tǒng)主要利用形式

太陽能熱水系統(tǒng)，是指將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，為建筑物進(jìn)行供熱水的系統(tǒng)。主要由太陽能集熱系統(tǒng)、熱水供熱系統(tǒng)、輔助加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。太陽能熱水系統(tǒng)按照不同的方式有不同的分類。在我省可再生能源建筑示范項(xiàng)目中以集中集熱集中供熱、空氣源熱泵輔助加熱或電輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)為主，也有部分項(xiàng)目用家用太陽能熱水分戶供熱、電輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能集熱器采用平板型太陽集熱器和真空管太陽集熱器兩種集熱形式。集熱器安裝方式以屋面安裝居多，偶見外墻壁掛形式。

2 江西省太陽能資源概況

江西省地處中國東南偏中部長江中下游南岸，位于北緯24°29'14" 至30°04'41"、東經(jīng)113°34'36" 至118°28'58" 之間。氣候特點(diǎn)是：春寒夏熱，秋燥冬冷，四季分明，單春秋季短，夏冬季長。全省氣候溫暖，雨量充沛，光照充足，無霜期長，屬亞熱帶濕潤氣候。

根據(jù)南昌和贛州市1961~2008 年各月總輻射和日照百分率觀測數(shù)據(jù)推算出[1]：江西省年太陽總輻射量為3700MJ/m2~4600MJ/m2，從時(shí)間分布上看7、8 月輻射量達(dá)到最大值，1、2 月輻射量最小。從空間分布上來看，太陽總輻射分布兩個(gè)高值區(qū)分別為贛北北部和贛東南，低值區(qū)在贛西山區(qū)。夏秋季為江西太陽能資源最豐富的兩個(gè)季節(jié)。

3 太陽能熱水系統(tǒng)性能測試技術(shù)疑點(diǎn)分析

由于太陽能熱水系統(tǒng)、不同地區(qū)的氣候條件、系統(tǒng)增量成本等的不同，所以在檢測技術(shù)上，和結(jié)果分析時(shí)均有差異，為了得到的數(shù)據(jù)盡可能的真實(shí)有效的反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，我們?cè)诓煌貐^(qū)對(duì)不同項(xiàng)目進(jìn)行了太陽能系統(tǒng)現(xiàn)場性能檢測，對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)性能檢測技術(shù)疑點(diǎn)研究淺析如下：

檢測時(shí)，應(yīng)避開最冷月和最熱月，測試時(shí)的室外環(huán)境平均溫度應(yīng)為當(dāng)?shù)啬昶骄h(huán)境溫度±10℃，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)的氣象條件可以基本反映全年的平均水平。盡可能的選擇不同的天氣以求獲得不同頻段的太陽輻照量，由于地域的特點(diǎn)、天氣的不確定性，要求人員要有一定的經(jīng)驗(yàn)和長時(shí)間的監(jiān)測，實(shí)際測試時(shí)存在很大的困難，所以，特殊情況無法達(dá)到時(shí)可采取太陽輻照量截取法，以部分時(shí)間的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行代替。

太陽能熱水系統(tǒng)檢測時(shí)要求各參數(shù)盡可能的接近設(shè)計(jì)工況，如果系統(tǒng)負(fù)荷率過低，早上水箱仍貯滿幾天前的熱水時(shí)，必定會(huì)影響當(dāng)日系統(tǒng)的集熱，無法反映出系統(tǒng)的真實(shí)性能，檢測人員應(yīng)該提前和建設(shè)方管理人員協(xié)調(diào)在測試之前放掉水箱熱水，并重新注入冷水至臨近設(shè)計(jì)冷水溫度后再測試，測試時(shí)注意系統(tǒng)負(fù)荷率不應(yīng)小于50%。

太陽能熱利用系統(tǒng)測試內(nèi)容為：集熱系統(tǒng)得熱量、集熱系統(tǒng)效率、系統(tǒng)常規(guī)熱源耗能量、貯熱水箱熱損因數(shù)、太陽能保證率。這些測試項(xiàng)目均由流量，進(jìn)、出口水溫、功率等參數(shù)計(jì)算而來（用熱量表測量直接得出數(shù)據(jù)的除外），所以在測試時(shí)，應(yīng)保證各儀器設(shè)備時(shí)間上同步。

圖1 太陽能熱水系統(tǒng)現(xiàn)場性能測試

4 太陽能熱水系統(tǒng)測試結(jié)果分析

經(jīng)過對(duì)不同地區(qū)的不同項(xiàng)目進(jìn)行了大量的太陽能熱水系統(tǒng)的現(xiàn)場性能測試，得到的測試結(jié)果以景德鎮(zhèn)某1 個(gè)項(xiàng)目為例，分析如下：

圖2 景德鎮(zhèn)市日干球溫度統(tǒng)計(jì)[2]

圖3 景德鎮(zhèn)市太陽日及輻射年變化圖[2]

表1 景德鎮(zhèn)市太陽輻照量各區(qū)間天數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 景德鎮(zhèn)市某太陽能熱水系統(tǒng)工程實(shí)測數(shù)據(jù)

表3 景德鎮(zhèn)市某太陽能熱水系統(tǒng)工程評(píng)估結(jié)果

該項(xiàng)目測試期間，始終沒有一天的太陽能輻照量值是≥18MJ/（m2·d）的，所以第四個(gè)區(qū)間的集熱系統(tǒng)得熱量是按設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出來的系統(tǒng)設(shè)計(jì)總能量，另外測試時(shí)關(guān)閉了輔助加熱設(shè)備，結(jié)果中的系統(tǒng)常規(guī)熱源耗能量是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)總能量減去實(shí)際測出的集熱系統(tǒng)得熱量計(jì)算而來的。從以上測試結(jié)果和評(píng)估結(jié)果可以分析得出，該太陽能熱水系統(tǒng)工程節(jié)能量明顯，回收期合理，具有推廣意義。

5 結(jié)語

江西省屬于太陽能資源較富區(qū)，太陽能作為可再生能源里較經(jīng)濟(jì)、較清潔的能源，在我省利用開發(fā)潛力巨大。目前市場上，太陽能熱水系統(tǒng)形式多樣、安裝質(zhì)量無保障，造成了該資源的巨大浪費(fèi)，太陽能測試能夠直觀的反映系統(tǒng)性能狀態(tài)，起到規(guī)范、指導(dǎo)該技術(shù)科學(xué)發(fā)展作用，對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)未來的發(fā)展將產(chǎn)生積極作用。

[1]占明錦, 等. 江西省太陽能資源評(píng)估研究. 能源研究與管理.2010（3）.

[2]中國氣象局氣象信息中心氣象資料室、清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系.中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.