太陽能集中熱水系統節能效益分析研究

梁 錕 ，曹 慧

1.陜西省建筑職工大學，陜西西安 710068

2.陜西省建筑科學研究院，陜西西安 710082

西安市位于中國大陸腹地黃河流域的中部的關中盆地，東經108°56′、北緯34°18′之間。全年日照時數為2 800h～3 200h，輻射量在5 860～6 700MJ/m2·a，月平均氣溫≥10℃、日照時數≥6h的天數為230d～275d，是我國太陽能資源較為豐富的區域。

以西安市某家屬樓為例對民用太陽能熱水系統節能效益進行分析研究。該項目位于陜西氣候三區，建筑物南北朝向，其建筑面積為20 164m2，建筑總高為35.8m，12 層，共4個單元，共136戶，采用外墻外保溫構造體系，樓梯間不采暖。屋面保溫層為55厚XPS 擠塑聚苯板，外墻保溫采用55 厚EPS 發泡聚苯板，外窗采用中空玻璃斷橋鋁合金窗。外窗及陽臺門氣密性均不低于4 級，戶門采用三防門。樓梯間隔墻采用20 厚EPS 發泡聚苯板保溫，抗震設防標準為8 級烈度。

根據《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》條文，對于年日照時數大于1 200h，年太陽輻射量大于3 500MJ/m2的地區，適合使用太陽能熱水系統。使用基本原則是：對于太陽能資源豐富和較為豐富的地區，應在有熱水供應需求的民用建筑上推廣使用太陽能熱水系統；對于資源一般地區，應優先考慮和選擇太陽能熱水系統；資源貧乏的地區，應進行投資收益分析，并在合理的前提條件下優先選擇使用太陽能熱水系統。

太陽能熱水系統的選型不僅要合理設計集熱器安裝的位置，還要結合建筑功能及用戶對熱水供應的需求，綜合考慮環境、氣候、太陽能資源，可供給的常規輔助能源類型和施工條件等諸因素。太陽能熱水系統可選用的類型主要有兩種：一是普通家用太陽能熱水器，一戶一機供應熱水；另一種是太陽能集中熱水系統，統一集中供應熱水。在充分綜合比較后，該項目確定最終采用太陽能集中熱水系統，可滿足建筑一體化的設計要求，又可解決136業主生活熱水的要求，全年全自動運行。未采用普通家用太陽能熱水器，一戶一機供應熱水的原因如下：1）由于屋面面積不足；2）如采用單戶單機熱水，供水管路不進行循環，低層用戶需將30多米管道內冷水放盡才能使用到熱水，造成水資源浪費，經濟性差；3）如采用單戶單機熱水，屋面管道雜亂，不便于管理。

太陽能集中熱水系統是指利用太陽能集熱器吸收太陽輻射熱能，加熱冷水使其升溫，經由循環管路系統把熱水輸送到保溫水箱，再通過專用管路至用戶。為確保太陽能集中熱水系統在陰雨雪天能正常供應熱水，除了太陽能集熱器、保溫水箱、管路系統、支架等部分之外還增加控制系統、輔助能源加熱系統，輔助能源可采用清潔能源天然氣輔助加熱。

該項目按一戶日用水150L的需求計，每天該項目的業主需要大約20t 熱水。太陽能熱水系統的日產水量，與太陽的輻射強度和日照時數有關，冬、夏季的產水量出入很大，若按夏季工況設計，投資低但一年三季需要輔助其他能源，運行費用會提高；若按冬季工況設計，運行費用低，投資高。如按春秋季設計，可以保證三季不用輔助能源（陰雨天除外），不足部分由其他常規能源輔助加熱，初投資和運行費用都更合理，技術經濟性更高。根據《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》進行系統設計計算，系統集熱器總面積為320m2，太陽能循環系統參數為：流量：3.20L/s；水泵揚程：12m。

該項目太陽能集中熱水系統初投資約需39萬元，系統年運行費用約5.70萬元，燃氣熱水鍋爐年運行費用約17.25萬元。按照靜態投資回收年限計算，不考慮鍋爐設備的增投資費用，未考慮太陽能使用期內（15年）互補能源燃料價格的上漲因素，靜態回收期約為3.4年。目前國產太陽能熱水器的工作壽命是10年～15年，和價格偏低的天然氣相比，該項目太陽能集中熱水系統能在壽命期內回收增投資。

該項目用戶設計熱水需求為年7 300t，按照太陽能資源Ⅲ類的寒冷地區，太陽能集中熱水系統設計太陽能保證率為50%，系統設計進水溫度15℃，出水溫度60℃計算，該建筑使用太陽能集中熱水系統可以實現一年節約23 500kg的標準煤（相當于16 450kg原油，19 353 方天然氣，19 1212 度電），減少排放二氧化碳58 045kg，減少排放二氧化硫470kg，減少排放氮氧化物235kg。

《2009年西安統計年鑒》提出最新年竣工房屋面積，2007 為835.95萬m2，按照新建建筑總面積的10%采用太陽能集中熱水系統，應用面積可達到83.6萬m2，有效降低建筑運行成本，實現經濟能源的可持續發展。

隨著經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求量日益高漲，能源緊缺與居民生活舒適度提高的矛盾必將凸現，太陽能的利用勢必成為今后能源利用的發展新方向，陜西省在太陽能建筑應用方面已有一定基礎，已成功實施應用太陽能集熱器面積達到300萬m2，政府發布文件《陜西省人民政府關于進一步加快新能源發展的若干意見》，促進太陽能建筑應用產業的健康快速發展。

[1]中國建筑科學研究院，等.民用建筑太陽能熱水系統應用 技術規范.GB50364—2005.

[2]西安市統計局.2009年西安統計年鑒，2009.