某學校太陽能熱水系統測評實例分析

瞿端人

摘要：本文以某學校太陽能熱水系統為檢測對象，通過對檢測數據的計算處理，分析太陽能熱水系統的運行性能，評估項目的環境效益和經濟效益，給出系統運行的改善建議。對太陽能熱水系統的設計、施工和管理，起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：太陽能熱水系統；性能檢測；能效評估；建筑應用

基金項目：廈門市綠色建筑檢測與運營技術研究（課題編號：2014-02-07）。

中圖分類號：TU832.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）14-149-02

前言

從2009年開始，福建省各市縣級政府積極響應國家可再生能源建筑應用示范城市和農村地區示范項目的申報工作。可再生能源建筑應用示范市縣在推廣太陽能光熱技術上作出了重大貢獻，眾多學校、住宅、醫院、工廠宿舍等建筑上都應用了太陽能熱水系統。本文以福建省某學校太陽能熱水系統為檢測對象，通過對檢測數據的計算處理，分析太陽能熱水系統的運行性能，評估項目的環境效益和經濟效益，并給出系統運行的改善意見。

1項目概況

本項目太陽能熱水系統安裝于1#樓、2#樓和3#樓，建筑功能為宿舍，總建筑面積42622m²。項目設計日用熱水總量為150.8m³，采用平板型太陽能集熱器，總集熱面積為1150m²。為確保陰雨天時不間斷供應生活熱水，項目采用循環式空氣源熱泵機組輔助加熱。

2系統運行原理

冷水通過電動閥控制補進貯熱水箱中，貯熱水箱與集熱器之間為溫差加熱；當貯熱水箱內的水溫升高至55℃時，將貯熱水箱內的熱水輸送至恒溫水箱中。重復以上步驟使恒溫水箱內的水位逐漸升高。當恒溫水箱溫度降低至設定值時，啟動空氣源熱泵加熱；當恒溫水箱水位降低至低水位時，將生活水箱中的水補進恒溫水箱中，同時啟動空氣源熱泵加熱。

本項目太陽能熱水系統運行原理圖如下：

3系統性能檢測

3.1檢測依據及內容

本項目檢測依據為《可再生能源建筑應用示范項目測評導則》，檢測內容為1#樓太陽能熱水系統的集熱系統得熱量、系統常規能源耗能量、集熱系統效率、太陽能保證率、貯熱水箱熱損系數。

3.2測點布置

3.2.1貯熱水箱水位以下沿中軸線方向布置上下2個溫度測點；

3.2.2在集熱器平面同一傾角、同一朝向布置兩個太陽輻射計；

3.2.3在集熱系統進水管和集熱系統出水管處分別布置溫度測點；

3.2.4沿集熱系統進水管同一側面放置2個超聲波流量計探頭，探測面與進水管之間敷設耦合劑使兩者充分接觸，安裝時，確保上游直管段的長度在lO倍管道內徑以上，下游直管段的長度在5倍管道內徑以上；

3.2.5在距離集熱器和水箱水平方向1.5m、距離屋面1m位置布置環境風速測點和環境溫度測點。

3.3檢測結果

檢測數據處理結果如下表所示：

通過對以上系統性能檢測數據處理結果分析發現，1#樓太陽能集熱系統效率偏低。該建筑太陽能集熱系統效率設計值為40%，而實際檢測集熱系統效率為30.69%～35.72%。通過進一步分析，該系統集熱器循環流量設計值為140L/min，但實際檢測值僅為55L/min。在實際集熱循環流量偏低的情況下，集熱器內經過太陽能輻射加熱的水無法及時送進貯熱水箱且長時間處于較高溫度狀態，造成系統散熱量加大，從而使集熱系統效率降低。

4能效評估

在系統性能檢測的基礎上，展開對整個項目的評估，能效評估內容包括全年太陽能保證率、全年常規能源替代量、項目費效比、環境效益和經濟效益的評估。能效評估結果詳見表2。

對以上能效評估結果分析如下：

（1）本項目全年太陽能保證率設計值為30%，已按圍護結構表面最大容許安裝面積設計和安裝太陽能集熱器。而本項目全年太陽能保證率評估值為28.65%，稍低于設計值，主要原因為集熱系統效率偏低，此處不再復述。

（2）該項目費效比為0.23元/kWh，約為學校用電價格的一半。

（3）本項目太陽能熱水系統壽命期內可節約標準煤共計1441.5噸，二氧化碳、二氧化硫和粉塵的減排量亦較為可觀。

（4）通過經濟效益分析，本項目靜態投資回收期為6年。

5改善建議

5.1通過對檢測數據的分析計算可知，該項目集熱循環水泵實際流量偏低，建議排查是否存在管堵現象或更換水泵，以改善集熱系統循環加熱效果。

5.2屋面熱水管道保溫材料干裂、脫落，影響系統熱效率。建議加強保溫防護措施，如將外包鋁箔改為鋁板等。

5.3恒溫水箱補水控制宜改為：當水位低于設定值時，若貯熱水箱水溫大于生活水箱水溫達到設定值，則恒溫水箱從貯熱水箱補水。如此，可最大化利用收集的太陽能，避免恒溫水箱低于低水位時，直接從生活水箱補冷水。

5.4本項目檢測前發現系統控制參數被業主管理人員更改，貯熱水箱水溫未達到設計值時即放入恒溫水箱中，造成空氣源熱泵機組運行時間增加，系統耗電量增大。因此，建議業主管理人員應避免更改系統控制參數。

6結語

近年來，國家出臺一系列政策支持可再生能源在建筑中的推廣應用。目前，福建省累計成功申報3個示范城市、5個示范縣以及一個集中連片示范區，福建省太陽能熱水系統在建筑中的應用由此進入了快速發展的時期，同時，太陽能熱水系統示范項目的能效測評工作也逐漸展開。通過對學校建筑太陽能熱水系統示范項目的檢測，分析系統存在的問題，并給出合理化建議，對福建省太陽能熱水系統的設計、施工和管理方面，起到一定的借鑒作用。