霍山某醫院建筑太陽能熱水系統能效測評及結果分析

張舉 ，程海峰 ，趙曉康

（安徽建筑大學，安徽 合肥 230022）

0 前言

應用太陽能熱水系統技術，不會對環境造成污染，有利于優化能源結構，提高能源利用率，有利于我國建筑節能技術的開展，同時可以實現綠色發展和節能減排。為了總結現有經驗，需要對既有太陽能建筑的應用效果進行能效測評，得到其實際應用效果，從而可以更好的推廣和普及太陽能熱水系統。

1 項目概述

1.1 工程概況

該工程示范項目位于安徽省六安市霍山縣。霍山縣位于地理經度東經 115°52'～115°32'緯度北緯31°03'～31°33'之間。年平均日照時數為 1843.6h，日照百分率為41%左右，年平均太陽輻射總量為4300MJ/m2[1]。

項目總建筑面積3.07703萬m2，總投資約7028萬元。屬于新建建筑，采用太陽能集熱及空氣源熱泵熱水系統，為約300間病房提供生活熱水，空氣源熱泵主機、熱水保溫水箱及集熱器均置于屋頂。本工程實際安裝集熱面積為436m2，真空管為Φ58-1800mm-50型集熱器，每組采光面積為7.79m2，共56組。項目外觀見圖1。

圖1 項目所在地外觀

1.2 示范技術方案

太陽能系統工作原理：集熱器將光能轉化成熱能，將太陽能導熱液加熱，通過熱虹吸作用，循環加熱。本項目采用真空管聯箱太陽能熱水系統，水箱容積60m3，安裝在樓面，采用空氣源熱泵機組輔助加熱，為病房提供生活熱水。

本項目的設計主要遵循以下原則。

①優先和充分利用太陽能的原則：最大化利用太陽能，符合國家政策和經濟型要求。

②因地制宜的原則：最大限度的依據該建筑條件和設備，達到建筑一體化。

③因地制宜的原則：最大限度的依據該建筑條件和設備，達到建筑一體化。

④節能的原則：水路設計、控制設計、設備設計盡可能完美、節能。

⑤實用和個性設計：在充分滿足用戶的要求下，達到規范設計。

1.3 測評依據

《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GB/T 50801-2013）[2]；

《太陽能熱水系統性能評定規范》（GB/T 20095）[3]；

《安徽省霍山縣可再生能源建筑應用示范項目申報書》；

該示范項目設計資料、竣工圖紙、驗收資料、運行調試資料。

3 測評及結果分析

依據《太陽能熱水系統性能評定規范》、《可再生能源建筑應用工程評價標準》的相關要求，本項目太陽能空氣能熱泵熱水系統安裝工程的測評內容包括形式檢查、系統性能檢測和系統能效評估三部分：

3.1 形式檢查

通過查看項目相關資料同時結合現場實際情況可知：本項目按照申報書的施工進度進行，同時增量成本保持與申報書一致；本項目的系統基本檢查、系統運行情況檢查以及系統實施量檢查均按照申報書進行實施，保持與申報書一致。因此，形式檢查結果滿足要求。

3.2 系統性能檢測

系統性能檢測包括環境溫度、環境風速、集熱器面積、貯熱水箱水溫起始溫度與結束溫度、貯熱水箱有效容積、太陽能集熱器采光面上的太陽能輻照量、開始時貯熱水箱內水溫度、結束時貯熱水箱內水溫度、貯熱水箱附近環境溫度等[4]；檢測儀器見圖2～圖5。

圖2 可再生能源建筑應用測評監測裝置

圖3 太陽輻射的總輻射表

圖4 環境溫度的溫度采集器

圖5 水箱內水溫度的溫度傳感器

系統性能檢測結果見表1、表2：

系統性能檢測結果 表1

系統性能檢測結果2 表2

3.3 能效評估

3.3.1 全年加權太陽能保證率

依據《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GB/T50801-2013）[2]附表C《我國主要城市太陽輻照量分段統計》，當地日太陽輻照量大于16MJ/m2的天數為104天，介于12MJ/m2到16MJ/m2之間的為64天，介于8MJ/m2到12MJ/m2的為69天，小于8MJ/m2128天；

全年太陽能保證率η全年按照按公式1[2]計算：

本項目當日太陽能保證率測試結果如下：f1=20.17%、f2=36.03%、f3=52.44%、f4=50.44%；天數（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GB/T50801-2013）內的規定數值；經計算，該項目全年太陽能保證率為50.44%。

3.3.2 系統集熱效率

集熱系統效率按照按公式2計算[2]：

本項目當日實測集熱系統效率結果：η1=45.56%、η2=46.2%、η3=45.8%、η4=46.54%；天數（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T50801-2013內的規定數值；經計算，該項目系統集熱效率為46.0%。

3.3.3 常規能源替代量

集熱系統當地日太陽輻照量每平米小于8MJ的得熱量為Q1，介于8MJ到12MJ之間的得熱量為Q2，介于12MJ到16MJ之間的得熱量為Q3，大于16MJ的得熱量為Q4；

全年常規能源替代量A按按公式3計算[2]：

本項目當日計算集熱系統得熱量結果如下：Q1=1143.580MJ、Q2=2042.923MJ、Q3=2973.554MJ、

Q4=5446.020MJ；天數（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GB/T50801-2013）內的規定數值；經計算，該項目全年常規能源替代量為59.37t標準煤。

3.3.4 項目費效比（增量成本/常規能源替代量）（元/kWh）

根據項目申報書可知，太陽能熱水部分的增量成本Czr約為57.4萬元。

該項目滿負荷投入運行后，全年常規能源替代量為59.37t標準煤，標準煤熱值為q：29.307MJ/kg，系統壽命N按15年計算，項目費效比按公式4計算[2]：

經計算，項目費效比為0.08元/kWh。

3.3.5環境效益

①CO2年減排量按以按公式5計算[2]：

②SO2年減排量按以按公式6計算[2]：

③粉塵減年排量按以按公式7計算[2]：

Qbm為標準煤節約量，單位：噸/年；計算結果見表3：

環境效益計算表 表3

該項目的二氧化碳減排量為146.64噸/年，二氧化硫減排量為1.18噸/年，粉塵減排量為0.59噸/年。

3.3.6 每年節約的費用、靜態投資回收年限

由前面計算結果可知，本項目的全年常規能源替代量A為59.37t。根據六安市發改委公布，商業用氣價格為3.3元/m3，換算成常規能源價格P為0.3元/kWh。太陽能熱水系統每年的運維成本Mr約為2萬元。每年節約的費用按照按以按公式8計算[2]：

則該項目每年節約的費用為12.49萬元。

根據項目申報書該項目實際總投資為57.4萬元以及節能效益評估得到的年節約費用12.49萬元，計算得到項目的靜態投資回收年限：57.4/12.49=4.75年。

該項目的每年節約的費用為12.49萬元，靜態投資回收年限為4.75年。

4 結論

通過對霍山某醫院太陽能熱水系統能效測評結果分析可知，系統總體上具有良好的節能減排效益和示范推廣性。

①該項目全年太陽能保證率為50.44%，太陽能部分可提供能量占系統總用能的一半。

②該項目的二氧化硫年減排量為1.18t，二氧化碳年減排量為146.64t，粉塵減年排量為0.59t，有力地促進了建設資源節約型、環境友好型的社會；

③該項目全年常規能源替代量為59.37t標準煤，每年節約的費用為12.49萬元，靜態投資回收年限為4.75年。靜態投資回收年限合理，因而改項目具有良好的示范和推廣效應。