《可再生能源建筑应用项目系统能效检测标准》解读

杨露露，杨柳，卢军

（重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆 400030）

1 编制背景

为了贯彻落实国家可再生能源建筑应用和保护环境的有关法规政策，增强社会应用可再生能源的意识，促进重庆地区可再生能源建筑应用事业的健康发展，指导可再生能源建筑应用项目系统能效的检测，需要制定一个适用于可再生能源建筑应用的检测标准。

重庆市作为全国可再生能源建筑应用示范城市之一，有着丰富的地热能、地表水等可再生能源，随着可再生能源在建筑中的应用不断增多，有必要针对重庆市可再生能源建筑应用项目制定检测标准，以规范可再生能源建筑应用项目系统能效的检测工作。重庆大学建设工程质量检测中心自2009年承担重庆市可再生能源建筑应用示范项目测评工作以来，先后对涪陵CBD、中国人民银行重庆营业管理部新建附属用房及其它特殊用房、西南大学育才学院学生宿舍等10余个水源热泵（含江水湖和湖水源）、土壤源热泵及太阳能热利用项目进行测试。测试结果表明，相比于国内其他地区而言，重庆的气候条件、冷热源系统形式均存在较大差异，亟待制定适应本地条件的检测标准。2012年6月，受重庆市城乡建设委员会委托，由重庆大学负责，经过一年多的努力，于2014年3月完成重庆市 《可再生能源建筑应用项目系统能效检测标准》的编制工作，并通过了重庆市城乡建设委员会组织的专家评审。

2 主要内容

该标准主要由总则、术语、基本规定、太阳能热利用系统、太阳能光伏系统、地源热泵系统、室内温湿度及附录等内容组成，适用于重庆市可再生能源建筑应用项目系统能效的检测，包括应用太阳能热利用系统、太阳能光伏系统和地源热泵系统的新建、扩建和改建工程。

2.1 太阳能热利用系统检测

太阳能热利用系统是将太阳能转换成热能，进行供热、制冷等应用的系统，在建筑中主要包括太阳能供热水、空调系统和采暖。

2.1.1 检测条件

太阳能热利用系统应按原设计要求安装调试合格，检测前正常运行时间不小于3天。太阳能热利用系统的测试分为长期测试和短期测试。本标准对两种测试方法的测试时间和测试条件进行了详细说明。需要注意的是，短期测试期间，为了保证太阳能集热系统高效运行以及能够使测试结果具有代表性，太阳能热水系统测试期间室外环境的平均温度变化范围应在年平均环境温度的±10℃之间，太阳能供暖系统测试期间室外环境的平均温度变化范围应在供暖室外计算温度和12℃之间（太阳能供暖系统），太阳能空调系统测试期间室外环境的平均温度变化范围应在25℃和夏季空调室外计算干球温度之间。短期测试时，太阳辐照量测试时间不应小于4d，每一太阳辐照量区间测试天数不应少于1d。

重庆地区阴雨天气较多，太阳辐射强度相对较弱，因此有必要结合当地条件，对《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》太阳能热利用系统的检测条件进行修正。重庆地区太阳能辐照量区间可划分为:

（1）太阳辐照量小于6MJ/(m2·d)；

（2）太阳辐照量大于等于6MJ/(m2·d)且小于10MJ/(m2·d)；

（3）太阳辐照量大于等于10MJ/(m2·d)且小于14MJ/(m2·d)；

（4）太阳辐照量大于等于14MJ/(m2·d)。

对于集热器安装角度、局部气象条件等原因导致太阳辐照量难以达到14MJ/(m2·d)的工程，可由检测机构、委托单位等有关各方根据实际情况对太阳辐照量的测试条件进行适当调整，但测试天数不得少于4d，测试期间的太阳能辐照量应均匀分布。

《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中指出，“集热器倾角应与当地纬度一致，如系统侧重在夏季使用，其倾角宜为当地纬度减10°；如系统侧重在冬季使用，其倾角宜为当地纬度加10°。”重庆地理纬度为29.58°，且重庆地区夏季太阳辐射远远大于冬季太阳辐射，太阳能集热系统侧重于在夏季使用，因此若按 《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中的规定，重庆地区太阳能集热器的安装倾角应为29.58°或19.58°。

但理论模型推导与实测表明，随着太阳能集热器倾斜角增大，集热器上的太阳辐射量逐渐减小。倾角为0°时，集热器得到的月平均日太阳辐射量最大；倾角为90°时，集热器得到的月平均日太阳辐射量最小。为了获得更多的太阳辐射量，从全年范围来看，重庆地区太阳能集热器的最佳安装倾斜角为0°，即水平安装。但同样集热量下，占用屋顶面积比最大。

2.1.2 检测方法

（1）集热系统效率

集热系统效率的测试项目包括集热系统得热量、太阳总辐照量和集热器总面积等。短期测试时，由于重庆地区天气状况的不确定性，当测试期间一天中规定时间的辐射量很长时间不能满足本标准规定时，可以采取截取太阳辐射量的方法，以部分时间的测试数据进行代替。

（2）贮热水箱热损因数

贮热水箱热损因数的测试时间应持续24小时，从晚上20时开始至次日20时结束。该标准对贮热水箱热损因数的测试条件和方法进行了详细说明，测试参数包括贮热水箱的容量、水箱内水的初始温度、结束温度、环境温度等。需要注意的是，由于贮热水箱一般体积较大，水箱中水温会产生热分层现象，在测试期间应使水箱里上下层水充分混合，上下层水温差不应超过1.0K。

（3）太阳能保证率

短期测试时，每日测试时间应从上午8时开始至次日8时结束。对于热水系统，应测试系统供热量或进出水温度、热水流量等参数；对于供暖空调系统应测试系统供热量或系统的供回水温度和热水流量等参数。采样时间间隔不宜大于10s，人工读数可将采样间隔放宽至5－10min。可以用热量表直接测量系统总能耗，或者通过测量流量、温度等参数后用公式计算系统总能耗。

（4）太阳能制冷性能系数

短期测试时，测试宜在制冷机组运行工况稳定后1h开始，测试应在上午8时至次日8时之间进行，且连续测试4h即可。应测试系统制冷量或冷冻水供回水温度和流量等参数，采样时间间隔不得大于10s，记录时间间隔不得大于600s。可以用热量表直接测量制冷量，或者通过测量流量、温度等参数后用公式计算制冷量。

制冷机组耗热量长期测试应符合上文叙述。短期测试时，测试宜在制冷机组运行工况稳定后1h开始，测试时间应从上午8时开始至次日8时结束。 应测试系统供给制冷机组的供热量或热源水的供回水温度、流量等参数。可以用热量表直接测量制冷机组耗热量，或者通过测量流量、温度等参数后用公式计算制冷机组耗热量。

（5）供热水温度

短期测试时，测试应从上午8时开始至次日8时结束。应测试并记录系统的供热水温度，供热水温度应取测试结果的算术平均值。

2.2 太阳能光伏系统检测

太阳能光伏系统利用光生伏打效应，将太阳能转变成电能，由太阳能电池组、控制器、逆变器和蓄电池组成。

2.2.1 检测条件

测试前，需要确保系统在正常负载条件下连续运行3d或以上，且测试期间的系统的负载变化规律应与设计文件一致。太阳能光伏系统检测分为长期测试和短期测试。该标准对两种测试方法的测试时间和测试条件进行了详细说明。需要注意的是，由于重庆地区气候的特殊性，在采用短期测试的方法时，若在很长时间内环境温度和太阳总辐照度没有完全满足标准规定的测试条件时，可以由检测机构、委托单位等有关各方根据实际情况对测试条件进行适当调整。

2.2.2 检测方法

太阳能光伏系统应检测系统的光电转换效率。光电转换效率应测试系统每日发电量、光伏电池表面上的总太阳辐照量、光伏电池板面积、光伏电池背板表面温度、环境温度和风速等参数，采样时间间隔不得大于10s。

对于独立太阳能光伏系统，应在蓄电池组的输入端接入电功率表，对于并网太阳能光伏系统，应在蓄电池组的输出端接入电功率表。该标准5.2.2条详细给出了太阳能光伏系统光电转换效率计算公式（式5.2.2）。

2.3 地源热泵系统检测

地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热供冷系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地表水地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。

2.3.1 检测条件

地源热泵系统的测试分为长期测试和短期测试。对于已安装监测系统的地源热泵系统，其系统性能测试宜采用长期测试；对于供暖和空调工况应分别进行测试，长期测试的周期与供暖季或空调季同步，测试前应对测试系统的准确度（主要传感器）进行校核和确认。对于未安装监测系统的地源热泵系统，其系统性能测试宜采用短期测试，短期测试应在系统开始供冷（供暖）15d以后进行测试，测试时间不应少于4d，系统性能测试宜在机组的负荷达到机组额定值60%以上进行，热泵机组的性能测试宜在机组的负荷达到机组额定值的80%以上进行。室内温湿度的测试应在建筑物达到热稳定后进行，测试期间的室外温度测试应与室内温湿度的测试同时进行。短期测试应以24h为周期，每个测试周期具体测试时间应根据热泵系统运行时间确定，但每个测试周期测试时间不宜低于8h。

2.3.2 检测方法

地源热泵系统的测试应包括:室内温湿度、热泵机组制热性能系数（COP)和制冷能效比(EER）、热泵系统制热性能系数（COPsys)和制冷能效比（EERsys）。测试宜在热泵机组运行工况稳定后1h进行，测试时间不应少于2h。

热泵机组性能应测试机组的热源侧流量、机组用户侧流量、机组热源侧进出口温度、机组用户侧进出口水温和机组输入功率等参数。机组的各项参数记录应同步进行，记录时间间隔不得大于600s。

系统能效比应测试系统的热源侧流量、用户侧流量、热源侧进出口水温、用户侧进出口水温、机组消耗的电量、水泵消耗的电量等参数。热泵系统的制冷能效比和制热性能系数应根据公式(1)～(5)计算:

式中:

EERsys-热泵系统的制冷能效比；

COPsys-热泵系统的制热性能系数；

QSC-系统测试期间的累计制冷量（kW·h）；

QSH-系统测试期间的累计制热量（kW·h）；

ΣNi-测试期间，所有热泵机组累计耗电量（kW·h）；

ΣNj-测试期间，所有水泵累计耗电量（kW·h）；

qc(h)i-热泵系统第i时段制冷（热）量（kW·h）；

Vi-系统第i时段用户侧的平均流量（m3/h）；

△ti-热泵系统第i时段用户侧进出口介质的温差（℃）；

ρi-第i时段冷（热）介质平均密度（kg/m3）；

ci-第i时段冷（热）介质平均定压比热 [kJ/（kg·℃）]；

△Ti-第i时段持续时间（h）；

n-热泵系统测试期间采集数据组数。

2.4 室内温湿度检测

2.4.1 检测条件

室内温湿度测试应分别与太阳能供暖系统、太阳能空调系统、地源热泵系统的测试同时进行。应选取被测试系统的典型区域测试室内温湿度，抽样测试的面积不应低于被测试系统的空调（供暖）区域的10%。温湿度测点应在距地面0.7～1.8 m范围内，保证工作空间。温度、湿度传感器不应受到太阳辐射或室内热源的直接影响。

当房间使用面积小于16m2时，应设测点1个；当房间使用面积大于或等于16m2且小于30m2时，应设测点2个；当房间使用面积大于或等于30m2且小于60m2时，应设测点3个；当房间使用面积大于或等于60m2且小于100m2时，应设测点5个；当房间使用面积大于或等于100m2时，每增加20～30m2应增加一个测点。

2.4.2 检测方法

室内温度湿度记录时间间隔不得大于600s，采样时间间隔不得大于10s。室内温度和室内相对湿度应取测试结果的算术平均值，按标准中式7.0.3-1至7.0.3-4进行计算。

3 编制意义

利用该检测标准指导重庆地区太阳能热利用系统、太阳能光伏发电系统以及地源热泵系统的检测工作，突破系统检测与评价的技术瓶颈，对于提高可再生能源系统能效，推动可再生能源应用示范城市的发展步伐具有重要的现实意义。

该检测标准的编制是在结合重庆地区实况的基础上，针对本地区所面临的可再生能源建筑利用问题，融合创新技术，对可再生能源进行整合，提出太阳能热利用系统、太阳能光伏发电系统以及地源热泵系统中重要指标的检测方法。重点解决了:

（1）太阳能热利用系统中集热系统效率，贮热水箱热损系数以及太阳能保证率的测试方法；

（2）太阳能光伏系统光电转换效率的检测方法；

（3）地源热泵系统能效检测方法；

（4）末端用户空调区域温湿度测试方法和数据处理方法。

4 今后要进行的主要工作

重庆市作为全国可再生能源建筑应用示范城市之一，有着丰富的地热能、地表水等可再生能源，随着可再生能源在建筑中的应用不断增多，继续加强重庆市可再生能源建筑应用项目系统能效的规范化检测工作势在必行。不同的可再生能源建筑应用项目技术方案不尽相同，标准中提出各项规定并不一定全部适用，因此有必要在以后的具体检测工作中继续研究总结，进一步完善标准。