民用建筑太阳能热水系统适宜性初探

2017-11-28贾遵锋广西建筑科学研究设计院广西南宁530005

绿色建筑 2017年3期

贾遵锋（广西建筑科学研究设计院，广西南宁 530005）

民用建筑太阳能热水系统适宜性初探

Study on Suitability of Solar Water Heater Applied in Civil Building

贾遵锋（广西建筑科学研究设计院，广西南宁 530005）

显著的节能效果是太阳能热水系统得到广泛应用的重要因素，而适宜的太阳能热水系统类型是维持太阳能热水系统节能高效运行的前提。研究针对广西太阳能热水系统在各类建筑中的适宜性分析，结果表明，尽管广西大部分地区处于太阳能资源可利用地区，但由于制备生活热水所需温升小，在标准推荐的单位水量太阳能集热器配置面积情况下，就能使全年太阳能保证率均达到65%以上。广西各地均适宜推广应用太阳能热水系统，应优先在南宁、钦州、北海、防城港市等南部地区规模化推广应用。结合建筑功能，归纳总结得到不同类型建筑适宜的太阳能热水系统类型。

民用建筑；太阳能热水系统；适宜性

随着建设资源节约型、环境友好型社会和实现经济社会可持续发展重要战略措施的实施，可再生能源建筑应用技术作为建造低能耗建筑的重要途径之一，在建筑领域中规模化利用可再生能源，减少常规能源使用以达到节能减排的效果，愈来愈受到重视[1-2]。为推动可再生能源建筑规模化应用，财政部、住房和城乡建设部组织实施了可再生能源建筑应用示范工作。2013 年 10 月 23 日，国务院办公厅发布《国务院办公厅关于转发发展改革委住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知》(国办发 [2013]1 号)，要求进一步推进可再生能源建筑规模化应用。广西自 2009 年以来，先后组织南宁、柳州、钦州等 17 个市(县)开展了国家级可再生能源建筑应用示范市(县)，在建筑领域推广应用可再生能源。

太阳能热水系统作为可再生能源建筑应用技术之一，在广西乃至全国也得到了广泛应用。尤其是 2016 年 9 月，广西出台《广西壮族自治区民用建筑节能条例》，要求符合条件的建筑应当至少应用一种可再生能源，太阳能光热技术将在建筑领域得到更广泛的应用。但目前的关注点仍停留在太阳能热水系统工程的推进上，对太阳能热水系统运行效果和技术应用适宜性尚缺乏系统性的研究与归纳，不利于可再生能源的进一步推广。据此，针对太阳能热水系统在各类建筑中的应用方式、应用情况等进行了探讨分析，以期确定适宜各类建筑的太阳能热水系统，用于指导太阳能热水系统在建筑领域的应用。

1 应用现状

自 2009 年以来，广西积极组织开展了可再生能源建筑应用示范城市(县)的建设工作，以推广可再生能源建筑应用，促进建筑节能，改善能源结构。随着可再生能源建筑应用项目的推广应用，可再生能源在建筑领域的应用获得了飞速发展。图 1 和图 2 分别是广西可再生能源建筑应用项目数量比重分布图和面积比重分布图。

图 1 可再生能源建筑应用技术类型项目数量比重分布图

图 2 可再生能源建筑应用面积比重分布图

由图 1 和图 2 可知，广西地区的太阳能光热利用项目约占可再生能源建筑应用项目总数的 76.0%，尽管面积上占可再生能源建筑应用总面积的比例仅 41.5%，但在各类可再生能源建筑应用技术中所占比重仍处于首位。由此可见，太阳能光热技术在广西区得到了广泛推广应用。

2 存在问题分析

尽管太阳能光热技术在建筑领域的应用取得了显著成果，但技术层面和管理层面仍存在着部分问题，阻碍着太阳能光热技术的可持续推广。经对长期的太阳能热水系统能效测评工作成果的总结分析，发现太阳能热水系统主要存在以下问题，严重制约了太阳能热水系统的推广应用。

(1) 缺少统一的应用规模约束标准。除南宁市要求可再生能源建筑应用面积达到建筑面积 30% 以上外，其余城市均未明确要求太阳能光热技术应用比例。各地应用规模约束标准的不统一，既给开发商、设计单位、施工单位造成困惑，在实际执行过程中，也往往造成开发商被动应用太阳能，且按照政策下限执行，造成太阳能光热技术应用比例不高。如图 3 所示，广西全区 2014 年度城镇住宅建筑面积共计 4 683.1 万 m2，但太阳能光热建筑应用面积仅633.5 万 m2，约占总建筑面积 13.5%，应用比例最高的钦州市也仅 34.0%，其次是南宁市约 28.2%，其余城市均不超过 10%。

(2) 将太阳能热水系统作为后置系统设备，未进行一体化设计。除酒店、医院、学校等公共建筑外，住宅建筑中太阳能热水系统的最终用户是住户。开发商在系统运行过程中并不能获得任何利益，但在设计、建设过程中却是利益攸关方，致使大多数开发商将太阳能热水系统作为后置设备或待建系统对待，并未与建筑开展一体化设计，大大增加了太阳能热水系统施工安装成本。且因项目为后续增加，设计上难免不尽合理，出现集热器采光被遮挡、集热器放置位置影响建筑外立面效果等不合理现象。

图 3 2014年度全区各设区城市太阳能应用分布图

(3) 设计节能，但运行耗能现象普遍。住宅中应用集中供热式太阳能热水系统的目的是为了节能，但由于住宅建筑交房后的前两年内入住率普遍较低，但因采用集中供热水系统，水量调节不便、热损失等原因，造成该类系统在居住建筑中无法体现出节能优势，甚至比常规系统的能耗更高。此时如按系统满负荷运行状态进行收费，将致使物业严重亏损运行不起；如按照这种高于正常热水价进行收费，便出现用户嫌贵用不起，最终造成系统荒废[3-4]。

3 适宜性分析

太阳能热水系统存在的问题，是否说明广西不适宜应用太阳能热水系统？据此，我们从气候、地域、建筑类型 3个方面分析了太阳能热水系统的适宜性。

3.1 气候适宜分析

太阳能保证率是评价太阳能热水系统节能性能的关键指标[5-6]，而太阳能资源和水温是影响太阳能保证率的重要参数。为获得太阳能热水系统在广西地区的适宜性，选取典型城市开展太阳能资源、地表水温及所在城市太阳能热水系统太阳能保证率的计算分析。表 1、表 2 是分别依据文献[7-8]提供数据、广西水文局提供数据整理得到的广西典型城市的太阳能资源等级表、各季节地表水体温度，表 3 是依据 GB 50364—2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》规定的太阳能保证率计算方法，计算得到 3 个典型城市中 1.8 m2平板型太阳能集热器加热 100 L 冷水的全年太阳能保证率。

表 1 各典型城市太阳能资源等级表

表 2 各典型城市各季节地表水体温度

表 3 太阳能热水系统太阳能保证率计算表

由表 1 可知，将太阳能资源按 4 类划分时，除桂林、河池属于第 4 类地区(资源欠缺区)外，广西大部分地区处于 3 类地区(太阳能资源可利用地区)，相对新疆、云南、西藏、北京等地较差。但结合表 2、表 3 可知，广西年平均气温和地表水温度普遍较高，制备生活热水所需的温升较小，且夏长冬短，太阳能热水系统可利用天数较长，在满足GB 50364—2005 推荐的 100 L 水配置 1.8 m2太阳能集热器的情况下，太阳能热水系统全年太阳能保证率均可达到65% 以上。也就意味着，在满足 GB 50364—2005 规定的不低于 40% 太阳能保证率情况下，所需投资更小，太阳能热水系统节能效益更好。因此，在广西各地市存在集中生活热水需求的民用建筑中应用太阳能热水系统具有显著的节能潜力。

3.2 区域推广适宜性分析

选取广西各可再生能源建筑应用示范城市为对象，统计分析可再生能源建筑应用技术类型分布情况。图 4 是太阳能光热技术应用规模和项目数量占比曲线分布图。

图 4 各市太阳能光热技术应用比例曲线

由图 4 可知，应用太阳能光热技术的项目超过 55%，但太阳能光热技术应用面积所占比值相对偏小。这是由于建筑屋面空间限制，放置太阳能集热器面积有限，单个项目太阳能光热技术应用面积较小，造成太阳能光热技术应用面积占比远小于项目数占比。其次，对比各设区市太阳能光热技术应用面积和项目数比值发现，钦州、北海、防城港 3 市的太阳能光热技术不论应用面积还是项目数的占比均达到55% 以上，而其他城市两者的比例差值高达 22%～43%。由此说明地理位置越靠南的城市越适宜规模化推广太阳能光热技术应用。

3.3 各类建筑太阳能热水系统适宜性分析

为保证太阳能热水系统真正的节能运行，在建筑领域能够持续有效的推广应用，除制定统一的应用规模约束标准、严格要求执行一体化设计外，还应结合项目实际情况，选用适宜的太阳能热水系统。据此，我们依据长期的设计经验、能效测评经历，总结归纳出不同类型建筑适宜的太阳能热水系统，以期用于指导太阳能热水系统方案设计，详见表 4。

表 4 太阳能光热建筑适宜性技术汇总表

由表 4 可知，由于低层住宅具有用户少、产权统一、层数少等特点，结合住宅档次，宜优先选用分散式系统或集中集热-分散储热-分户辅助加热式热水系统。相比多层住宅，高层住宅的太阳能热水系统除考虑屋面面积有限、入住率低造成的能耗高的问题外，尤其要注意因高度造成的系统投资急速增加的困扰，因此高层住宅宜优先选用集中集热-集中储热-分户辅助加热式系统。多层住宅除此外，还宜选用集中集热-分户储热-分户辅助加热式系统。对于医院、酒店、宿舍等公共建筑，具有热水需求量大、使用率高、产权统一且统一管理的特点，可最大化发挥集中式供热水系统低投资、运行效率高的优势，故该类建筑宜选用集中集热-集中储热-集中辅助加热系统。

4 结语

通过总结归纳广西太阳能热水系统应用现状和存在的问题，结合广西地区气候和建筑实际情况，获得了各类建筑适宜的太阳能热水系统类型。结论如下：

(1) 经对广西太阳能资源和水温分析发现，尽管广西大部分地区处于太阳能资源可利用地区，但由于年平均气温和地表水温度普遍较高，制备生活热水所需温差小，各地太阳能热水系统均能获得较好的太阳能保证率。因此，太阳能光热技术适宜在广西全区范围内推广应用。

(2) 通过统计分析各可再生能源建筑应用示范城市太阳能光热技术应用情况，发现地理位置越靠南的城市越适宜规模化推广太阳能光热技术应用。因此，在制定太阳能光热技术推广应用政策时，应优先考虑在南宁、钦州、北海、防城港等南部城市推广应用。

(3) 结合建筑功能，归纳总结得到不同类型建筑适宜的太阳能热水系统，以指导太阳能热水系统方案设计。即低层住宅宜优先选用分散式系统或集中集热-分散储热-分户辅助加热式热水系统；高层住宅宜选用集中集热-集中储热-分户辅助加热式系统，相比高层住宅，多层住宅还宜选用集中集热-分户储热-分户辅助加热式系统；公共建筑宜优先选用集中集热-集中储热-集中辅助加热系统。

[1] 李越,赵树兴.天津市可再生能源建筑应用调查分析[J].节能,2011(9):7-10.

[2] 贾遵锋,朱惠英等.广西可再生能源建筑应用工程节能验收要点分析[J].广西城镇建设,2012(7):59-62.

[3] 郭嘉羽,郝斌,彭琛,等.住宅集中式太阳能热水系统分类方式[J].建设科技,2016(16)：45-49.

[4] 李美霞.深圳某公寓太阳能热水系统应用研究[J].绿色建筑,2015(5)：53-55.

[5] 彭琛,郝斌,郭嘉羽,等.关于太阳能热水系统热性能评价指标体系研究[J].建设科技,2016(16)：41-44.

[6] 胡温频,万晶,汤金才,等.武汉地区太阳能热水工程经济性评价[J].太阳能学报,2012,33(6)：916-920.

[7] 中国气象局气象信息中心气象资料室.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

[8] 国家气象信息中心资料服务室.中国气象辐射资料年册2012年[M]北京:国家气象中心,2012.

TU50

1674-814X(2017)03-0040-04

广西科技攻关项目(桂科攻1598098)

2017- 03-11