《可再生能源建筑應用項目系統能效檢測標準》解讀

楊露露，楊柳，盧軍

（重慶大學 城市建設與環境工程學院，重慶 400030）

1 編制背景

為了貫徹落實國家可再生能源建筑應用和保護環境的有關法規政策，增強社會應用可再生能源的意識，促進重慶地區可再生能源建筑應用事業的健康發展，指導可再生能源建筑應用項目系統能效的檢測，需要制定一個適用于可再生能源建筑應用的檢測標準。

重慶市作為全國可再生能源建筑應用示范城市之一，有著豐富的地熱能、地表水等可再生能源，隨著可再生能源在建筑中的應用不斷增多，有必要針對重慶市可再生能源建筑應用項目制定檢測標準，以規范可再生能源建筑應用項目系統能效的檢測工作。重慶大學建設工程質量檢測中心自2009年承擔重慶市可再生能源建筑應用示范項目測評工作以來，先后對涪陵CBD、中國人民銀行重慶營業管理部新建附屬用房及其它特殊用房、西南大學育才學院學生宿舍等10余個水源熱泵（含江水湖和湖水源）、土壤源熱泵及太陽能熱利用項目進行測試。測試結果表明，相比于國內其他地區而言，重慶的氣候條件、冷熱源系統形式均存在較大差異，亟待制定適應本地條件的檢測標準。2012年6月，受重慶市城鄉建設委員會委托，由重慶大學負責，經過一年多的努力，于2014年3月完成重慶市 《可再生能源建筑應用項目系統能效檢測標準》的編制工作，并通過了重慶市城鄉建設委員會組織的專家評審。

2 主要內容

該標準主要由總則、術語、基本規定、太陽能熱利用系統、太陽能光伏系統、地源熱泵系統、室內溫濕度及附錄等內容組成，適用于重慶市可再生能源建筑應用項目系統能效的檢測，包括應用太陽能熱利用系統、太陽能光伏系統和地源熱泵系統的新建、擴建和改建工程。

2.1 太陽能熱利用系統檢測

太陽能熱利用系統是將太陽能轉換成熱能，進行供熱、制冷等應用的系統，在建筑中主要包括太陽能供熱水、空調系統和采暖。

2.1.1 檢測條件

太陽能熱利用系統應按原設計要求安裝調試合格，檢測前正常運行時間不小于3天。太陽能熱利用系統的測試分為長期測試和短期測試。本標準對兩種測試方法的測試時間和測試條件進行了詳細說明。需要注意的是，短期測試期間，為了保證太陽能集熱系統高效運行以及能夠使測試結果具有代表性，太陽能熱水系統測試期間室外環境的平均溫度變化范圍應在年平均環境溫度的±10℃之間，太陽能供暖系統測試期間室外環境的平均溫度變化范圍應在供暖室外計算溫度和12℃之間（太陽能供暖系統），太陽能空調系統測試期間室外環境的平均溫度變化范圍應在25℃和夏季空調室外計算干球溫度之間。短期測試時，太陽輻照量測試時間不應小于4d，每一太陽輻照量區間測試天數不應少于1d。

重慶地區陰雨天氣較多，太陽輻射強度相對較弱，因此有必要結合當地條件，對《可再生能源建筑應用示范項目測評導則》太陽能熱利用系統的檢測條件進行修正。重慶地區太陽能輻照量區間可劃分為:

（1）太陽輻照量小于6MJ/(m2·d)；

（2）太陽輻照量大于等于6MJ/(m2·d)且小于10MJ/(m2·d)；

（3）太陽輻照量大于等于10MJ/(m2·d)且小于14MJ/(m2·d)；

（4）太陽輻照量大于等于14MJ/(m2·d)。

對于集熱器安裝角度、局部氣象條件等原因導致太陽輻照量難以達到14MJ/(m2·d)的工程，可由檢測機構、委托單位等有關各方根據實際情況對太陽輻照量的測試條件進行適當調整，但測試天數不得少于4d，測試期間的太陽能輻照量應均勻分布。

《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》中指出，“集熱器傾角應與當地緯度一致，如系統側重在夏季使用，其傾角宜為當地緯度減10°；如系統側重在冬季使用，其傾角宜為當地緯度加10°。”重慶地理緯度為29.58°，且重慶地區夏季太陽輻射遠遠大于冬季太陽輻射，太陽能集熱系統側重于在夏季使用，因此若按 《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》中的規定，重慶地區太陽能集熱器的安裝傾角應為29.58°或19.58°。

但理論模型推導與實測表明，隨著太陽能集熱器傾斜角增大，集熱器上的太陽輻射量逐漸減小。傾角為0°時，集熱器得到的月平均日太陽輻射量最大；傾角為90°時，集熱器得到的月平均日太陽輻射量最小。為了獲得更多的太陽輻射量，從全年范圍來看，重慶地區太陽能集熱器的最佳安裝傾斜角為0°，即水平安裝。但同樣集熱量下，占用屋頂面積比最大。

2.1.2 檢測方法

（1）集熱系統效率

集熱系統效率的測試項目包括集熱系統得熱量、太陽總輻照量和集熱器總面積等。短期測試時，由于重慶地區天氣狀況的不確定性，當測試期間一天中規定時間的輻射量很長時間不能滿足本標準規定時，可以采取截取太陽輻射量的方法，以部分時間的測試數據進行代替。

（2）貯熱水箱熱損因數

貯熱水箱熱損因數的測試時間應持續24小時，從晚上20時開始至次日20時結束。該標準對貯熱水箱熱損因數的測試條件和方法進行了詳細說明，測試參數包括貯熱水箱的容量、水箱內水的初始溫度、結束溫度、環境溫度等。需要注意的是，由于貯熱水箱一般體積較大，水箱中水溫會產生熱分層現象，在測試期間應使水箱里上下層水充分混合，上下層水溫差不應超過1.0K。

（3）太陽能保證率

短期測試時，每日測試時間應從上午8時開始至次日8時結束。對于熱水系統，應測試系統供熱量或進出水溫度、熱水流量等參數；對于供暖空調系統應測試系統供熱量或系統的供回水溫度和熱水流量等參數。采樣時間間隔不宜大于10s，人工讀數可將采樣間隔放寬至5－10min。可以用熱量表直接測量系統總能耗，或者通過測量流量、溫度等參數后用公式計算系統總能耗。

（4）太陽能制冷性能系數

短期測試時，測試宜在制冷機組運行工況穩定后1h開始，測試應在上午8時至次日8時之間進行，且連續測試4h即可。應測試系統制冷量或冷凍水供回水溫度和流量等參數，采樣時間間隔不得大于10s，記錄時間間隔不得大于600s。可以用熱量表直接測量制冷量，或者通過測量流量、溫度等參數后用公式計算制冷量。

制冷機組耗熱量長期測試應符合上文敘述。短期測試時，測試宜在制冷機組運行工況穩定后1h開始，測試時間應從上午8時開始至次日8時結束。 應測試系統供給制冷機組的供熱量或熱源水的供回水溫度、流量等參數。可以用熱量表直接測量制冷機組耗熱量，或者通過測量流量、溫度等參數后用公式計算制冷機組耗熱量。

（5）供熱水溫度

短期測試時，測試應從上午8時開始至次日8時結束。應測試并記錄系統的供熱水溫度，供熱水溫度應取測試結果的算術平均值。

2.2 太陽能光伏系統檢測

太陽能光伏系統利用光生伏打效應，將太陽能轉變成電能，由太陽能電池組、控制器、逆變器和蓄電池組成。

2.2.1 檢測條件

測試前，需要確保系統在正常負載條件下連續運行3d或以上，且測試期間的系統的負載變化規律應與設計文件一致。太陽能光伏系統檢測分為長期測試和短期測試。該標準對兩種測試方法的測試時間和測試條件進行了詳細說明。需要注意的是，由于重慶地區氣候的特殊性，在采用短期測試的方法時，若在很長時間內環境溫度和太陽總輻照度沒有完全滿足標準規定的測試條件時，可以由檢測機構、委托單位等有關各方根據實際情況對測試條件進行適當調整。

2.2.2 檢測方法

太陽能光伏系統應檢測系統的光電轉換效率。光電轉換效率應測試系統每日發電量、光伏電池表面上的總太陽輻照量、光伏電池板面積、光伏電池背板表面溫度、環境溫度和風速等參數，采樣時間間隔不得大于10s。

對于獨立太陽能光伏系統，應在蓄電池組的輸入端接入電功率表，對于并網太陽能光伏系統，應在蓄電池組的輸出端接入電功率表。該標準5.2.2條詳細給出了太陽能光伏系統光電轉換效率計算公式（式5.2.2）。

2.3 地源熱泵系統檢測

地源熱泵系統是以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成的供熱供冷系統。根據地熱能交換系統形式的不同，地源熱泵系統分為地表水地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地埋管地源熱泵系統。

2.3.1 檢測條件

地源熱泵系統的測試分為長期測試和短期測試。對于已安裝監測系統的地源熱泵系統，其系統性能測試宜采用長期測試；對于供暖和空調工況應分別進行測試，長期測試的周期與供暖季或空調季同步，測試前應對測試系統的準確度（主要傳感器）進行校核和確認。對于未安裝監測系統的地源熱泵系統，其系統性能測試宜采用短期測試，短期測試應在系統開始供冷（供暖）15d以后進行測試，測試時間不應少于4d，系統性能測試宜在機組的負荷達到機組額定值60%以上進行，熱泵機組的性能測試宜在機組的負荷達到機組額定值的80%以上進行。室內溫濕度的測試應在建筑物達到熱穩定后進行，測試期間的室外溫度測試應與室內溫濕度的測試同時進行。短期測試應以24h為周期，每個測試周期具體測試時間應根據熱泵系統運行時間確定，但每個測試周期測試時間不宜低于8h。

2.3.2 檢測方法

地源熱泵系統的測試應包括:室內溫濕度、熱泵機組制熱性能系數（COP)和制冷能效比(EER）、熱泵系統制熱性能系數（COPsys)和制冷能效比（EERsys）。測試宜在熱泵機組運行工況穩定后1h進行，測試時間不應少于2h。

熱泵機組性能應測試機組的熱源側流量、機組用戶側流量、機組熱源側進出口溫度、機組用戶側進出口水溫和機組輸入功率等參數。機組的各項參數記錄應同步進行，記錄時間間隔不得大于600s。

系統能效比應測試系統的熱源側流量、用戶側流量、熱源側進出口水溫、用戶側進出口水溫、機組消耗的電量、水泵消耗的電量等參數。熱泵系統的制冷能效比和制熱性能系數應根據公式(1)～(5)計算:

式中:

EERsys-熱泵系統的制冷能效比；

COPsys-熱泵系統的制熱性能系數；

QSC-系統測試期間的累計制冷量（kW·h）；

QSH-系統測試期間的累計制熱量（kW·h）；

ΣNi-測試期間，所有熱泵機組累計耗電量（kW·h）；

ΣNj-測試期間，所有水泵累計耗電量（kW·h）；

qc(h)i-熱泵系統第i時段制冷（熱）量（kW·h）；

Vi-系統第i時段用戶側的平均流量（m3/h）；

△ti-熱泵系統第i時段用戶側進出口介質的溫差（℃）；

ρi-第i時段冷（熱）介質平均密度（kg/m3）；

ci-第i時段冷（熱）介質平均定壓比熱 [kJ/（kg·℃）]；

△Ti-第i時段持續時間（h）；

n-熱泵系統測試期間采集數據組數。

2.4 室內溫濕度檢測

2.4.1 檢測條件

室內溫濕度測試應分別與太陽能供暖系統、太陽能空調系統、地源熱泵系統的測試同時進行。應選取被測試系統的典型區域測試室內溫濕度，抽樣測試的面積不應低于被測試系統的空調（供暖）區域的10%。溫濕度測點應在距地面0.7～1.8 m范圍內，保證工作空間。溫度、濕度傳感器不應受到太陽輻射或室內熱源的直接影響。

當房間使用面積小于16m2時，應設測點1個；當房間使用面積大于或等于16m2且小于30m2時，應設測點2個；當房間使用面積大于或等于30m2且小于60m2時，應設測點3個；當房間使用面積大于或等于60m2且小于100m2時，應設測點5個；當房間使用面積大于或等于100m2時，每增加20～30m2應增加一個測點。

2.4.2 檢測方法

室內溫度濕度記錄時間間隔不得大于600s，采樣時間間隔不得大于10s。室內溫度和室內相對濕度應取測試結果的算術平均值，按標準中式7.0.3-1至7.0.3-4進行計算。

3 編制意義

利用該檢測標準指導重慶地區太陽能熱利用系統、太陽能光伏發電系統以及地源熱泵系統的檢測工作，突破系統檢測與評價的技術瓶頸，對于提高可再生能源系統能效，推動可再生能源應用示范城市的發展步伐具有重要的現實意義。

該檢測標準的編制是在結合重慶地區實況的基礎上，針對本地區所面臨的可再生能源建筑利用問題，融合創新技術，對可再生能源進行整合，提出太陽能熱利用系統、太陽能光伏發電系統以及地源熱泵系統中重要指標的檢測方法。重點解決了:

（1）太陽能熱利用系統中集熱系統效率，貯熱水箱熱損系數以及太陽能保證率的測試方法；

（2）太陽能光伏系統光電轉換效率的檢測方法；

（3）地源熱泵系統能效檢測方法；

（4）末端用戶空調區域溫濕度測試方法和數據處理方法。

4 今后要進行的主要工作

重慶市作為全國可再生能源建筑應用示范城市之一，有著豐富的地熱能、地表水等可再生能源，隨著可再生能源在建筑中的應用不斷增多，繼續加強重慶市可再生能源建筑應用項目系統能效的規范化檢測工作勢在必行。不同的可再生能源建筑應用項目技術方案不盡相同，標準中提出各項規定并不一定全部適用，因此有必要在以后的具體檢測工作中繼續研究總結，進一步完善標準。