某住宅小区太阳能热水系统利用方案分析

崔 江 玲

(山西汾西矿业集团公司，山西 介休 032000)

某住宅小区太阳能热水系统利用方案分析

崔 江 玲

(山西汾西矿业集团公司，山西 介休 032000)

结合某住宅小区使用太阳能热水系统的情况，计算了太阳能热水的供热量，比较分析了太阳能热水供应系统与电热水器、燃气热水器等热水供应方式的节能量及经济性指标，结果表明：低层住宅建筑采用太阳能热水器具有较好的节能效益和经济效益。

太阳能，热水供应，热量，节能效益

1 项目基本情况

该项目建筑物主要包括5栋25层、1栋18层高的高层商业住宅楼和13栋3层高的低密度住宅楼。商业主要为临街商铺，设置在临街高层商业住宅楼的1层处，且各栋高层商业住宅楼地上底层之间由临街商铺建筑围合；小区内部设置了居委会办公室，社区卫生、计生服务中心，各种活动室等，进一步完善业主对配套设施的需求，方便人们日常生活的需要。项目基地形状为扇形，规划布局主要采用行列式，最大化地利用土地资源，使住宅获得最大化的自然通风和采光条件，且各户之间具有较好的均匀性。

该项目用地面积48 990.40 m2，总建筑面积136 950.00 m2，计容建筑面积107 778.88 m2，不计容建筑面积29 171.12 m2。其中计容建筑面积包括住宅建筑面积100 539.94 m2、商业建筑面积5 388.94 m2和配套公建面积1 850.00 m2；不计容建筑面积包括地下车库面积26 856.97 m2，架空层面积2 314.15 m2。容积率为2.2，绿地面积15 187.02 m2，绿地率31%，首层建筑占地面积13 687.09 m2，建筑密度27.94%,住宅总户数1 025户，居住人口3 588人，设计停车位为 647 辆。抗震设防烈度为6度，耐火等级为1级～2级。

该项目工程总投资估算43 700万元。其中：土地费用为21 000万元，主体土建工程建筑费为 20 000万元，设备费用为1 000万元，安装工程费为500万元，工程勘察费用为 60万元，工程设计费用为50万元，工程建设监理费用为100万元，其他工程建设费用为990万元。

低层住宅区屋面面积较大，同时建筑之间间距较大，采光和日照良好，满足太阳能热水系统安装的要求。

2 太阳能热水供应方案分析

太阳能作为一种可再生的清洁能源,是建筑节能中十分具有潜力的新能源之一。我国具有非常丰富的太阳能资源,太阳能年辐射总量每平方米超过5 000 MJ,年日照数超过2 200 h的地区占国土面积的2/3以上。太阳能在建筑中的主要应用方式包括:太阳能采暖、太阳能供应热水、太阳能发电以及太阳能空调等。随着人们生活水平的提高，热水供应逐渐成为建筑必须具备的功能，热水能耗亦将随之越来越大，同时利用太阳能提供生活热水符合绿色建筑的设计原则。

为减少能源消耗，充分利用可再生能源，本项目在方案规划过程中根据实际需要设置太阳能热水系统。设计安装位置为本项目13栋低层住宅屋顶，为该部分住户提供生活热水。同时建筑屋面设置的太阳能集热器还可以对屋面进行隔热，有利于降低建筑能耗。

本项目拟在13栋低密度住宅的楼顶设置太阳能+辅助电加热热水供应系统，为上述13栋低密度住宅用户提供生活热水。根据低密度住宅热水需求，其太阳能热水系统安装面积规划为300 m2，取本地区1 m2太阳能真空集热管1 d产生60 ℃的热水100 kg计算[1]，其产生热水的有效天数以200 d计算，则该系统年产热水量为：

G=A×d×qm=300×200×100=6 000 t

(1)

其中，G为年热水供应量，t；A为太阳能集热器面积，m2；d为太阳能供热有效天数，d；qm为单位面积真空管太阳能热水器每天供应60 ℃热水的能力，以100 kg/(m2·d)计算。

取自来水的进口温度tin=20 ℃，热水的出口温度tout=60 ℃来进行计算，则该项目在采用太阳能热水系统后，每年可以产生的热量为：

Q=Gcp(tout-tin)=6 000×103×4.2×(60-20)=1.008×109kJ/年

(2)

其中，Q为太阳能热水系统年供热量，kJ/年；cp为常温下水的定压比热，4.2 kJ/(kg·℃)。

考虑到单纯利用太阳能系统供热的不稳定性，取电辅助加热器的年开启系数φ=20%进行计算，即在200 d中需要电辅助加热运行的天数为40 d，则单纯依靠该太阳能集热系统年产生的热量为：

Qsolar=(1-φ)Gcp(tout-tin)=8.064×108kJ/年

(3)

其中，Qsolar为单纯依靠太阳能集热器的年供热量，kJ/年。

通过上述计算可以看出：本项目中设置的300 m2真空管式太阳能集热器年产生热量为8.064×108kJ/年。

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2.2 热水供应方案比较分析

为分析该太阳能热水供应系统的节能性和经济性，本文将太阳能热水供应系统与电热水器、燃气热水器、煤层气热水器和燃煤锅炉等热水供应方式进行比较，以获得不同热水供应方式的节能量和经济性指标。

与电热水系统进行比较，则年节约电量为：

Gpower=Qsolar/(qpower·ηpower)=
8.064×108/(3 600×0.98)=228 571.4 kWh/年

(4)

其中，Gpower为年节约电量，kWh/年；qpower为每kWh电能供热量，取3 600 kJ/kWh；ηpower为电热水器效率，取98%。

与燃气热水器进行比较：假设上述热水量全部采用燃气热水器进行供应，以燃气的低位热值qgas=35 280 kJ/Nm3[4]进行计算，则每年需要的燃气量为：

Ggas=Qsolar/(qgas·ηgas)=
8.064×108/(35 280×0.95)=24 060.2 Nm3/年

(5)

其中，Ggas为年燃气消耗量，Nm3/年；ηgas为燃气热水器的效率，取95%[2]。

与煤层气热水器进行比较：以煤层气对上述热水系统进行供热，则年消耗煤层气为：

Gcoal,gas=Qsolar/(qcoal,gas·ηcoal,gas)=
8.064×108/(35 800×0.95)=23 710.7 Nm3/年

(6)

其中，Gcoal,gas为年煤层气的消耗量，Nm3/年；qcoal,gas为煤层气的低位热值，取qcoal,gas=35 800 kJ/Nm3[3]。

与燃煤锅炉供热进行比较：其年节约的标煤量计算如下：

Gcoal=Qsolar/(qcoal·ηboiler·ηnet)=
8.064×108/(29 270×0.8×0.85)=40.52 tce/年

(7)

其中，Gcoal为年节约的燃煤量(标煤)，tce/年；qcoal为标煤低位热值，取29 270 kJ/kg[4]；ηboiler为燃煤常压热水锅炉的效率，取80%[4]；ηnet为热管网的输送效率，取85%[4]。

上述各种热水供应方案能耗节约量计算结果见表1。

表1 各种热水供应方案能耗节约量计算结果

2.3 各方案节能效益分析

上述各种热水供应系统燃料节约经济效益分析如表2所示。

表2 各热水供应方案燃料节约经济效益分析

3 结语

从上述计算分析可以得出如下结论：

1)在低层建筑屋面采用太阳能热水供应系统进行60 ℃的生活热水供应，300 m2的集热面积年节约电量、天然气量、煤层气量和燃煤量为228 571.4 kWh/年、24 060.2 Nm3/年、23 710.7 Nm3/年和40.52 tce/年，具有较好的节能效应；

2)采用上述太阳能热水系统与电加热器、燃气热水器、煤层气热水器和燃煤锅炉热水供应系统相比，可产生的年燃料节约经济效益分别为13.26万元、8.42万元、7.12万元和2.43万元；

3)上述计算结果未计入各热水供应系统投资及运行费用，但随着太阳能热水系统的普及，太阳能热水供应系统的价格已经低至1 000元/m2～1 500元/m2，系统投资及运行并不会比其他系统高，与土建安装投资相比更低，因此采用太阳能热水供应系统具有一定的节能性和良好的经济效益。

[1] 杨晚生，韩海涛，辛云岭，等.绿色建筑应用技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 艾效逸，傅忠诚，詹淑慧，等.燃气热水器的理论效率及其计算[J].煤气与热力，2007，27(3)：30-35.

[3] 陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] 章熙民.传热学[M].第5版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

Analysis on using scheme of solar water heating system of a residential district

Cui Jiangling

(ShanxiFenxiMiningGroupCo.,Ltd,Jiexiu032000,China)

Combining with the solar water heating system use situation of a residential district,this paper calculated the heating amount of solar energy hot water,compared and analyzed the energy saving amounts and economic indicators of solar energy water heating supply system and electric water heater,gas water heater and other water heating supply ways,the results showed that:the low-rise residential building using solar water heater had good energy saving and economic benefits.

solar,water heating supply,heat,energy saving efficiency

2015-10-12

崔江玲(1973- )，女，工程师

1009-6825(2015)36-0114-02

TU832.13 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A