霍山某醫(yī)院建筑太陽能熱水系統(tǒng)能效測(cè)評(píng)及結(jié)果分析

張舉 ，程海峰 ，趙曉康

（安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022）

0 前言

應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，有利于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用率，有利于我國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)的開展，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展和節(jié)能減排。為了總結(jié)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)既有太陽能建筑的應(yīng)用效果進(jìn)行能效測(cè)評(píng)，得到其實(shí)際應(yīng)用效果，從而可以更好的推廣和普及太陽能熱水系統(tǒng)。

1 項(xiàng)目概述

1.1 工程概況

該工程示范項(xiàng)目位于安徽省六安市霍山縣。霍山縣位于地理經(jīng)度東經(jīng) 115°52'～115°32'緯度北緯31°03'～31°33'之間。年平均日照時(shí)數(shù)為 1843.6h，日照百分率為41%左右，年平均太陽輻射總量為4300MJ/m2[1]。

項(xiàng)目總建筑面積3.07703萬m2，總投資約7028萬元。屬于新建建筑，采用太陽能集熱及空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，為約300間病房提供生活熱水，空氣源熱泵主機(jī)、熱水保溫水箱及集熱器均置于屋頂。本工程實(shí)際安裝集熱面積為436m2，真空管為Φ58-1800mm-50型集熱器，每組采光面積為7.79m2，共56組。項(xiàng)目外觀見圖1。

圖1 項(xiàng)目所在地外觀

1.2 示范技術(shù)方案

太陽能系統(tǒng)工作原理：集熱器將光能轉(zhuǎn)化成熱能，將太陽能導(dǎo)熱液加熱，通過熱虹吸作用，循環(huán)加熱。本項(xiàng)目采用真空管聯(lián)箱太陽能熱水系統(tǒng)，水箱容積60m3，安裝在樓面，采用空氣源熱泵機(jī)組輔助加熱，為病房提供生活熱水。

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)主要遵循以下原則。

①優(yōu)先和充分利用太陽能的原則：最大化利用太陽能，符合國(guó)家政策和經(jīng)濟(jì)型要求。

②因地制宜的原則：最大限度的依據(jù)該建筑條件和設(shè)備，達(dá)到建筑一體化。

③因地制宜的原則：最大限度的依據(jù)該建筑條件和設(shè)備，達(dá)到建筑一體化。

④節(jié)能的原則：水路設(shè)計(jì)、控制設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)盡可能完美、節(jié)能。

⑤實(shí)用和個(gè)性設(shè)計(jì)：在充分滿足用戶的要求下，達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)。

1.3 測(cè)評(píng)依據(jù)

《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50801-2013）[2]；

《太陽能熱水系統(tǒng)性能評(píng)定規(guī)范》（GB/T 20095）[3]；

《安徽省霍山縣可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目申報(bào)書》；

該示范項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料、竣工圖紙、驗(yàn)收資料、運(yùn)行調(diào)試資料。

3 測(cè)評(píng)及結(jié)果分析

依據(jù)《太陽能熱水系統(tǒng)性能評(píng)定規(guī)范》、《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，本項(xiàng)目太陽能空氣能熱泵熱水系統(tǒng)安裝工程的測(cè)評(píng)內(nèi)容包括形式檢查、系統(tǒng)性能檢測(cè)和系統(tǒng)能效評(píng)估三部分：

3.1 形式檢查

通過查看項(xiàng)目相關(guān)資料同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可知：本項(xiàng)目按照申報(bào)書的施工進(jìn)度進(jìn)行，同時(shí)增量成本保持與申報(bào)書一致；本項(xiàng)目的系統(tǒng)基本檢查、系統(tǒng)運(yùn)行情況檢查以及系統(tǒng)實(shí)施量檢查均按照申報(bào)書進(jìn)行實(shí)施，保持與申報(bào)書一致。因此，形式檢查結(jié)果滿足要求。

3.2 系統(tǒng)性能檢測(cè)

系統(tǒng)性能檢測(cè)包括環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速、集熱器面積、貯熱水箱水溫起始溫度與結(jié)束溫度、貯熱水箱有效容積、太陽能集熱器采光面上的太陽能輻照量、開始時(shí)貯熱水箱內(nèi)水溫度、結(jié)束時(shí)貯熱水箱內(nèi)水溫度、貯熱水箱附近環(huán)境溫度等[4]；檢測(cè)儀器見圖2～圖5。

圖2 可再生能源建筑應(yīng)用測(cè)評(píng)監(jiān)測(cè)裝置

圖3 太陽輻射的總輻射表

圖4 環(huán)境溫度的溫度采集器

圖5 水箱內(nèi)水溫度的溫度傳感器

系統(tǒng)性能檢測(cè)結(jié)果見表1、表2：

系統(tǒng)性能檢測(cè)結(jié)果 表1

系統(tǒng)性能檢測(cè)結(jié)果2 表2

3.3 能效評(píng)估

3.3.1 全年加權(quán)太陽能保證率

依據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50801-2013）[2]附表C《我國(guó)主要城市太陽輻照量分段統(tǒng)計(jì)》，當(dāng)?shù)厝仗栞椪樟看笥?6MJ/m2的天數(shù)為104天，介于12MJ/m2到16MJ/m2之間的為64天，介于8MJ/m2到12MJ/m2的為69天，小于8MJ/m2128天；

全年太陽能保證率η全年按照按公式1[2]計(jì)算：

本項(xiàng)目當(dāng)日太陽能保證率測(cè)試結(jié)果如下：f1=20.17%、f2=36.03%、f3=52.44%、f4=50.44%；天數(shù)（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50801-2013）內(nèi)的規(guī)定數(shù)值；經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目全年太陽能保證率為50.44%。

3.3.2 系統(tǒng)集熱效率

集熱系統(tǒng)效率按照按公式2計(jì)算[2]：

本項(xiàng)目當(dāng)日實(shí)測(cè)集熱系統(tǒng)效率結(jié)果：η1=45.56%、η2=46.2%、η3=45.8%、η4=46.54%；天數(shù)（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013內(nèi)的規(guī)定數(shù)值；經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目系統(tǒng)集熱效率為46.0%。

3.3.3 常規(guī)能源替代量

集熱系統(tǒng)當(dāng)?shù)厝仗栞椪樟棵科矫仔∮?MJ的得熱量為Q1，介于8MJ到12MJ之間的得熱量為Q2，介于12MJ到16MJ之間的得熱量為Q3，大于16MJ的得熱量為Q4；

全年常規(guī)能源替代量A按按公式3計(jì)算[2]：

本項(xiàng)目當(dāng)日計(jì)算集熱系統(tǒng)得熱量結(jié)果如下：Q1=1143.580MJ、Q2=2042.923MJ、Q3=2973.554MJ、

Q4=5446.020MJ；天數(shù)（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50801-2013）內(nèi)的規(guī)定數(shù)值；經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目全年常規(guī)能源替代量為59.37t標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.3.4 項(xiàng)目費(fèi)效比（增量成本/常規(guī)能源替代量）（元/kWh）

根據(jù)項(xiàng)目申報(bào)書可知，太陽能熱水部分的增量成本Czr約為57.4萬元。

該項(xiàng)目滿負(fù)荷投入運(yùn)行后，全年常規(guī)能源替代量為59.37t標(biāo)準(zhǔn)煤，標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為q：29.307MJ/kg，系統(tǒng)壽命N按15年計(jì)算，項(xiàng)目費(fèi)效比按公式4計(jì)算[2]：

經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目費(fèi)效比為0.08元/kWh。

3.3.5環(huán)境效益

①CO2年減排量按以按公式5計(jì)算[2]：

②SO2年減排量按以按公式6計(jì)算[2]：

③粉塵減年排量按以按公式7計(jì)算[2]：

Qbm為標(biāo)準(zhǔn)煤節(jié)約量，單位：噸/年；計(jì)算結(jié)果見表3：

環(huán)境效益計(jì)算表 表3

該項(xiàng)目的二氧化碳減排量為146.64噸/年，二氧化硫減排量為1.18噸/年，粉塵減排量為0.59噸/年。

3.3.6 每年節(jié)約的費(fèi)用、靜態(tài)投資回收年限

由前面計(jì)算結(jié)果可知，本項(xiàng)目的全年常規(guī)能源替代量A為59.37t。根據(jù)六安市發(fā)改委公布，商業(yè)用氣價(jià)格為3.3元/m3，換算成常規(guī)能源價(jià)格P為0.3元/kWh。太陽能熱水系統(tǒng)每年的運(yùn)維成本Mr約為2萬元。每年節(jié)約的費(fèi)用按照按以按公式8計(jì)算[2]：

則該項(xiàng)目每年節(jié)約的費(fèi)用為12.49萬元。

根據(jù)項(xiàng)目申報(bào)書該項(xiàng)目實(shí)際總投資為57.4萬元以及節(jié)能效益評(píng)估得到的年節(jié)約費(fèi)用12.49萬元，計(jì)算得到項(xiàng)目的靜態(tài)投資回收年限：57.4/12.49=4.75年。

該項(xiàng)目的每年節(jié)約的費(fèi)用為12.49萬元，靜態(tài)投資回收年限為4.75年。

4 結(jié)論

通過對(duì)霍山某醫(yī)院太陽能熱水系統(tǒng)能效測(cè)評(píng)結(jié)果分析可知，系統(tǒng)總體上具有良好的節(jié)能減排效益和示范推廣性。

①該項(xiàng)目全年太陽能保證率為50.44%，太陽能部分可提供能量占系統(tǒng)總用能的一半。

②該項(xiàng)目的二氧化硫年減排量為1.18t，二氧化碳年減排量為146.64t，粉塵減年排量為0.59t，有力地促進(jìn)了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)；

③該項(xiàng)目全年常規(guī)能源替代量為59.37t標(biāo)準(zhǔn)煤，每年節(jié)約的費(fèi)用為12.49萬元，靜態(tài)投資回收年限為4.75年。靜態(tài)投資回收年限合理，因而改項(xiàng)目具有良好的示范和推廣效應(yīng)。