太阳能热水系统热性能快速检测方法验证研究

刘 倩江 威

1.湖北神龙工程测试技术有限公司；2.武汉中科岩土工程技术培训有限公司

1 引言

目前，太阳能热水系统作为一种积极的绿色节能方式，在现代建筑中的应用越来越广泛，尤其是随着太阳能建筑一体化理念的出现，将太阳能与建筑的有机结合更是成为人们关注的重点。

在我国建筑中应用的太阳能热水系统主要包括集中-集热供热水系统、集中-分散供热水系统及分散供热水系统三种。其中，集中-集热供热水系统主要是安装在屋顶或者屋体上，其储热水箱主要安装在屋顶，加热后的热水主要存储在储热水箱中，使用时只需开启管道即可。集中-分散供热水系统主要安装在屋顶，采用各分户水箱进行储水，主要安装在室内或阳台。分散式热水系统，每个用户具有独立的集热器、管道、加热设备及其他控制元件等。

现有的太阳能热水系统热性能检测依据的是《太阳能热水系统性能评定规范》（GB/T 20095—2006）[1]，其采用日有用得热量、升温性能、贮水箱保温性能等指标进行评定，评价体系较全面、数据精准，这是其优点，其缺点是在检测前提条件及计算较为复杂。

对北京地区太阳能热水系统工程应用情况深入研究基础上，参考了《太阳热水系统性能评定规范》（GB/T 20095—2006）相关检测方法，《太阳能热水系统施工技术规程》（DB11/T 461—2007）[2]规程中提出了“太阳能热水系统热性能快速检测方法”。

为了检验“快速检测方法”操作流程的实操可行性，比较“产热水温度”（无辅助热源条件下的太阳能系统热水温度）设计计算值和测试值，分别对集中集热-集中供热水系统和集中集热-分散供热水系统分别进行了检测验证。本文选取其中的集中集热-分散供热水系统检测相关数据进行检测分析验证。

2 测试项目概况

（1）建筑特点：此项目为住宅建筑，总层高15层，一梯两户，2010年投入使用，被测单元入住率≥70%。

（2）集热系统主要部件：平板太阳能集热器，设计面积52m2/单元，立式水箱，设计容积，100升/户，附带有1m2换热面积内置盘管式换热器和辅助电加热器。

（3）系统日供热水量：3000升/单元。

3 测试过程

3.1 测试步骤

（1）检查确认户置水箱中的辅助热源处于关闭状态。记录水箱未进行任何测试操作前的温度（水箱控温仪表显示水温为65℃，见图1所示）。

（2）使用便携式液体测温仪测试用户家中自来水温度，读数为11.7℃。

（3）利用淋浴器持续排水，以实现将户置水箱内全部注入冷水。排水时长30min后，水箱控温仪表显示水箱温度持续为16℃（见图2所示），停止注水。

（4）正式测试晴好天气的全天户置水箱温升，测试时间为10:00至17:25，（测试期间未使用热水）。

（5）测试结束，读取水箱控温仪表显示的日热水终温，读取时间：17:25，数值为62℃（见图3所示）。

图1

图2

图3

（6）记录测试结果，100升户置贮热水箱日温升：

4 其他辅助测试

4.1 其他辅助测试

（1）用10L容量的量筒对在有一定浑水情况下的热水终温进行排水测温操作，结果显示，水箱控温仪表显示的日热水终温62℃与排水法检测温度56.9℃差值为5.1℃（见组图4和表1所示）。

（2）测试日8:33至16:05时间段的平均环境温度为7.79℃，太阳辐照量为19.46MJ/m2）▪日，平均风速为3.8m/s，太阳能辐照量及平均风速采集设备见图4、环境温度检测设备见图5（测试数据见表2所示）。

表1 排水法量筒测量热水终温结果统计表（单位：℃）

表2 测试日附带进行的环境温度、辐照量和风速测试统计表

图4 太阳辐射测试

图5 环境温度测试

5 测试结果分析

5.1 测试数据分析

（1）根据3月中旬测试数据，测试用户水箱初温16℃，终温62℃，水箱日温升46℃。

（2）受已入住条件限制，未能实现系统所有住户水箱用冷水置换，使得测试的热水终温高于实际可达到的温度。原因是测试日前系统有部分其他用户水箱储热量混入了循环，进行换热。

（3）针对具备条件的竣工验收系统，采用“快速检测方法”规定操作流程，能够获得系统热性能有效数据。

5.2 水箱终温有效性分析

本项目水箱的水温传感器置于水箱顶部下方距顶部1/3处，该传感器显示水箱终温为62℃。而使用排水法经10次、每次10升放水得到的100升水温平均值为56.9℃。传感器显示值和排水法测试值误差为8.9%。综合考虑到10次放水操作时有一定浑水影响，认为立式户置水箱中按照目前条件布置水温传感器，控温仪表显示值可以视为水箱水温平均值。

“产热水温度”设计计算值和测试值比较分析

5.2.1 “产热水温度”设计计算和测试值

采用本规程修订稿拟定方法，针对3000升/单元·日的供水量，得到对于直接式系统，平板集热器面积Ac取值为：

Ac=3000升/（70升/m2集热器采光面积）=43m2集热器采光面积。

注：集热器工程取值过程为：

（1）间接加热系统面积修正系数按1.1系数取值，得到间接加热系统集热器面积Ai为：

采光面积。

（2）平板集热器总面积/采光面积比率取值1.069，得到集热器总面积As为：

（3）基于平板集热器2m×1m模数，工程用集热器总面积52m2/单元。

基于43m2集热器采光面积计算得到的3月份产热水温度和实际测试数值比较结果见表3。

表3 3月份平板集热器产热水温度设计计算值和测试值比较结果表

5.2.2 设计和测试数值关系分析

（1）根据上表3中的数据得出，设计计算中的太阳辐照量、环境温度和冷水温度取值均较系统在晴好天气下的实际运行低些。（2）排除考虑此次测试的系统未全部注入冷水因素，对于《规程》即将规定的由瞬时效率截距不小于0.74、瞬时效率斜率不大于5.0平板集热器且系统热损失率小于等于15%的系统，3月份晴好天气对应的集中集热-分散供热系统产热水温度应可≥42℃。

6 验证结论

（1）检测单元为居住近十年的小区，为入户检测，开始检测时间为上午，此时随着辐照量的逐步增加，贮热水箱、循环管道水温都在不断上升，且户内供热良好，环境温度对系统的热性能产生很大的影响，对进入系统内的冷水温度低有一定的影响，造成实际测试开始温度偏高的现象。

（2）通过对检测结果分析，采用“快速检测方法”规定操作流程，能够获得系统热性能有效数据，能有效反映被检测系统的太阳能热水系统日热水温升结果。在实际检测过程中具有很强的操作性，该方法所用的仪器设备较少，携带方便，大大地节省了检测的成本，可以用于施工单位对系统的自检及第三方检测单位的检测。