太阳能集中热水系统节能效益分析研究

梁 锟 ，曹 慧

1.陕西省建筑职工大学，陕西西安 710068

2.陕西省建筑科学研究院，陕西西安 710082

西安市位于中国大陆腹地黄河流域的中部的关中盆地，东经108°56′、北纬34°18′之间。全年日照时数为2 800h～3 200h，辐射量在5 860～6 700MJ/m2·a，月平均气温≥10℃、日照时数≥6h的天数为230d～275d，是我国太阳能资源较为丰富的区域。

以西安市某家属楼为例对民用太阳能热水系统节能效益进行分析研究。该项目位于陕西气候三区，建筑物南北朝向，其建筑面积为20 164m2，建筑总高为35.8m，12 层，共4个单元，共136户，采用外墙外保温构造体系，楼梯间不采暖。屋面保温层为55厚XPS 挤塑聚苯板，外墙保温采用55 厚EPS 发泡聚苯板，外窗采用中空玻璃断桥铝合金窗。外窗及阳台门气密性均不低于4 级，户门采用三防门。楼梯间隔墙采用20 厚EPS 发泡聚苯板保温，抗震设防标准为8 级烈度。

根据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》条文，对于年日照时数大于1 200h，年太阳辐射量大于3 500MJ/m2的地区，适合使用太阳能热水系统。使用基本原则是：对于太阳能资源丰富和较为丰富的地区，应在有热水供应需求的民用建筑上推广使用太阳能热水系统；对于资源一般地区，应优先考虑和选择太阳能热水系统；资源贫乏的地区，应进行投资收益分析，并在合理的前提条件下优先选择使用太阳能热水系统。

太阳能热水系统的选型不仅要合理设计集热器安装的位置，还要结合建筑功能及用户对热水供应的需求，综合考虑环境、气候、太阳能资源，可供给的常规辅助能源类型和施工条件等诸因素。太阳能热水系统可选用的类型主要有两种：一是普通家用太阳能热水器，一户一机供应热水；另一种是太阳能集中热水系统，统一集中供应热水。在充分综合比较后，该项目确定最终采用太阳能集中热水系统，可满足建筑一体化的设计要求，又可解决136业主生活热水的要求，全年全自动运行。未采用普通家用太阳能热水器，一户一机供应热水的原因如下：1）由于屋面面积不足；2）如采用单户单机热水，供水管路不进行循环，低层用户需将30多米管道内冷水放尽才能使用到热水，造成水资源浪费，经济性差；3）如采用单户单机热水，屋面管道杂乱，不便于管理。

太阳能集中热水系统是指利用太阳能集热器吸收太阳辐射热能，加热冷水使其升温，经由循环管路系统把热水输送到保温水箱，再通过专用管路至用户。为确保太阳能集中热水系统在阴雨雪天能正常供应热水，除了太阳能集热器、保温水箱、管路系统、支架等部分之外还增加控制系统、辅助能源加热系统，辅助能源可采用清洁能源天然气辅助加热。

该项目按一户日用水150L的需求计，每天该项目的业主需要大约20t 热水。太阳能热水系统的日产水量，与太阳的辐射强度和日照时数有关，冬、夏季的产水量出入很大，若按夏季工况设计，投资低但一年三季需要辅助其他能源，运行费用会提高；若按冬季工况设计，运行费用低，投资高。如按春秋季设计，可以保证三季不用辅助能源（阴雨天除外），不足部分由其他常规能源辅助加热，初投资和运行费用都更合理，技术经济性更高。根据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》进行系统设计计算，系统集热器总面积为320m2，太阳能循环系统参数为：流量：3.20L/s；水泵扬程：12m。

该项目太阳能集中热水系统初投资约需39万元，系统年运行费用约5.70万元，燃气热水锅炉年运行费用约17.25万元。按照静态投资回收年限计算，不考虑锅炉设备的增投资费用，未考虑太阳能使用期内（15年）互补能源燃料价格的上涨因素，静态回收期约为3.4年。目前国产太阳能热水器的工作寿命是10年～15年，和价格偏低的天然气相比，该项目太阳能集中热水系统能在寿命期内回收增投资。

该项目用户设计热水需求为年7 300t，按照太阳能资源Ⅲ类的寒冷地区，太阳能集中热水系统设计太阳能保证率为50%，系统设计进水温度15℃，出水温度60℃计算，该建筑使用太阳能集中热水系统可以实现一年节约23 500kg的标准煤（相当于16 450kg原油，19 353 方天然气，19 1212 度电），减少排放二氧化碳58 045kg，减少排放二氧化硫470kg，减少排放氮氧化物235kg。

《2009年西安统计年鉴》提出最新年竣工房屋面积，2007 为835.95万m2，按照新建建筑总面积的10%采用太阳能集中热水系统，应用面积可达到83.6万m2，有效降低建筑运行成本，实现经济能源的可持续发展。

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对能源的需求量日益高涨，能源紧缺与居民生活舒适度提高的矛盾必将凸现，太阳能的利用势必成为今后能源利用的发展新方向，陕西省在太阳能建筑应用方面已有一定基础，已成功实施应用太阳能集热器面积达到300万m2，政府发布文件《陕西省人民政府关于进一步加快新能源发展的若干意见》，促进太阳能建筑应用产业的健康快速发展。

[1]中国建筑科学研究院，等.民用建筑太阳能热水系统应用 技术规范.GB50364—2005.

[2]西安市统计局.2009年西安统计年鉴，2009.