太阳能热水系统性能检测方法研究

2021-11-25汪磊磊天津市房屋质量安全鉴定检测中心有限公司天津00060天津住宅建设发展集团有限公司天津00060天津建科建筑节能环境检测有限公司天津00060

绿色建筑 2021年3期

马舰，汪磊磊，陈丹（.天津市房屋质量安全鉴定检测中心有限公司，天津 00060；.天津住宅建设发展集团有限公司，天津 00060；.天津建科建筑节能环境检测有限公司，天津 00060）

太阳能热水系统在实际应用工程中，由于系统热损失、用户热水使用时间集中、水泵能耗等影响，导致项目不能有效利用太阳能系统集得的热量。其需额外消耗较多的常规能源，造成太阳能保证率高，实际运行能耗也高的问题。本文以天津市实际运行项目为例，基于 CSUS-GBC 05—2014《绿色建筑检测技术标准》中对于太阳能热水系统的检测方法，提出了太阳能系统能效评价新指标。

1 太阳能系统概述及现有评价方法

1.1 太阳能系统概述

太阳能热水系统是利用太阳能集热器收集太阳能辐射能，并为用户制备和提供热水的系统。太阳能是与建筑相结合的可再生能源，其利用形式是能源利用效率最高、与建筑实际需求结合紧密的一种技术形式。相比太阳能光伏技术其能量利用效率更高，是迄今为止最有效最成熟的太阳能利用方式之一，值得大力推广。但是太阳能热水系统也存在一些问题，由于太阳辐射能密度较小、不稳定而且非人为所能掌控，所以无论系统大小都需要配备贮热水箱，以保证提供热水的可靠性和稳定性，还需要配备辅助加热装置。由此可以发现最基础的太阳能热水系统包括太阳能集热器、贮水箱、辅助加热装置、供回水管路以及水泵等。

1.2 现有评价方法概述

GBT 50801—2013《可再生能源建筑应用工程评价标准》指出太阳能系统的主要评价指标包括太阳能保证率、集热系统效率、贮热水箱热损因数和静态回收期等。评价从节能性、经济性和系统性能等对太阳能系统进行考核。

理论上，若太阳能系统各项评价指标满足标准限值的要求，则证明系统运行效果较好，相比常规能源热水系统能耗更低，节能、环保和经济效益更优。也有研究者认为，在进行太阳能热水系统工程评价时，应该突出“以实际运行能耗为导向”，即以常规能源替代量为主要考察指标，而不仅是以太阳能系统参数作为节能性指标。

在过去 20 a，由于受到市场利好政策的推动，太阳能工程市场发展迅速，而太阳能热水系统在建筑领域应用尤为广泛。但是，经过近几年的项目实地调研发现，太阳能热水系统在实际应用中存在许多问题。如用户普遍反映水温偏低、稳定性较差和水价高；物业反映维护、收费及管理较难；开发商为了应付验收工作采取租赁的方式安装太阳能热水系统等。

1.3 现有评价方法分析

GBT 50801—2013 分别用不同指标对太阳能热利用系统、太阳能光伏系统和地源热泵系统进行了系统评价。其中，对太阳能热水系统从系统性能、节能效果、经济性以及减排效果 4 个方面进行了评价。除对太阳能保证率、集热系统效率、热损因数、供热水温度给了明确标准限值外，对常规能源替代量、静态投资回收期、CO2减排量、SO2减排量以及粉尘减排量等评价指标均无明确规定，仅要求在评价报告中给出。

2 项目概述

某产业园区办公大楼，规划总用地面积为 7 209.80 m2，总建筑面积为 18 088.09 m2，地上 5 F，地下 1 F。项目采用奇威特槽式集热器，与传统真空管集热器相比，采用太阳跟踪装置，使太阳光线可以以大致与抛物面垂直的角度入射到槽式抛物面反光镜上，反光镜将接收到的太阳光聚集到集热管表面。如此，集热管便接收到了高热流密度的太阳辐射能，通过与管内介质的热传递，将管内流动介质加热，从而为生产、生活提供动力。

本项目设餐厅、淋浴、洗手盆等生活热水取水点，过渡季为地源热泵系统蓄热，其余时间为各分散取水点提供生活热水。太阳能热水系统的热水供水温度为 50 ℃，配备了 2 台 15 t 不锈钢保温水箱，屋顶共安装 1 组槽式太阳能集热器，总集热面积为 320 m2。

3 传统检测方法结果分析

根据 GBT 50801—2013，分别对系统各指标进行测量、计算，结果如表1 所示。根据各项评价指标检测结果，在满足基础性能评价指标的基础上，本太阳能系统的太阳能保证率、集热系统效率均达到了 2 级性能指标的要求，系统性能效果较好。

表1 按传统检测方法检测的结果

4 新型指标检测结果

本项目的太阳能系统主要为厨房用水、淋浴间用水、卫生间分散用水点提供生活热水。结合现场检测条件，在太阳能供回水环路、厨房用水点、淋浴间供水干管末端、每层卫生间供水干管末端安装热计量表。测试、计算结果如表2 所示。

表2 新型检测数据

系统实际运行中，储热水箱、管路都会产生热损失。由检测数据可知，当项目热水用水量较小时，由于循环管路仍持续工作，系统损失热量占比较高。在工作日，由于太阳能热水系统正常运行，系统热水需求稳定，单位热水耗电量在为 1.50～1.89 kWh。周末大部分员工不上班，太阳能热水系统正常运行，单位热水耗电量为 27.89～48.50 kWh。

5 不同检测方法的指标对比分析

经对比 2 种检测方法分析可知，由于项目存在用水高峰需要借助电辅热、循环水泵长时间运转、管道热损失等情况，常规能源消耗量占比不容忽视。若增加可再生能源系统贡献率等指标，作为不同类型热水系统能源利用情况比较的指标，不仅能体现系统实际运行效果，对于系统经济性的评价也至关重要。其相比于传统检测方法更符合实际情况且更具有科学性。