某学校太阳能热水系统测评实例分析

瞿端人

摘要：本文以某学校太阳能热水系统为检测对象，通过对检测数据的计算处理，分析太阳能热水系统的运行性能，评估项目的环境效益和经济效益，给出系统运行的改善建议。对太阳能热水系统的设计、施工和管理，起到一定的借鉴作用。

关键词：太阳能热水系统；性能检测；能效评估；建筑应用

基金项目：厦门市绿色建筑检测与运营技术研究（课题编号：2014-02-07）。

中图分类号：TU832.1 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）14-149-02

前言

从2009年开始，福建省各市县级政府积极响应国家可再生能源建筑应用示范城市和农村地区示范项目的申报工作。可再生能源建筑应用示范市县在推广太阳能光热技术上作出了重大贡献，众多学校、住宅、医院、工厂宿舍等建筑上都应用了太阳能热水系统。本文以福建省某学校太阳能热水系统为检测对象，通过对检测数据的计算处理，分析太阳能热水系统的运行性能，评估项目的环境效益和经济效益，并给出系统运行的改善意见。

1项目概况

本项目太阳能热水系统安装于1#楼、2#楼和3#楼，建筑功能为宿舍，总建筑面积42622m²。项目设计日用热水总量为150.8m³，采用平板型太阳能集热器，总集热面积为1150m²。为确保阴雨天时不间断供应生活热水，项目采用循环式空气源热泵机组辅助加热。

2系统运行原理

冷水通过电动阀控制补进贮热水箱中，贮热水箱与集热器之间为温差加热；当贮热水箱内的水温升高至55℃时，将贮热水箱内的热水输送至恒温水箱中。重复以上步骤使恒温水箱内的水位逐渐升高。当恒温水箱温度降低至设定值时，启动空气源热泵加热；当恒温水箱水位降低至低水位时，将生活水箱中的水补进恒温水箱中，同时启动空气源热泵加热。

本项目太阳能热水系统运行原理图如下：

3系统性能检测

3.1检测依据及内容

本项目检测依据为《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》，检测内容为1#楼太阳能热水系统的集热系统得热量、系统常规能源耗能量、集热系统效率、太阳能保证率、贮热水箱热损系数。

3.2测点布置

3.2.1贮热水箱水位以下沿中轴线方向布置上下2个温度测点；

3.2.2在集热器平面同一倾角、同一朝向布置两个太阳辐射计；

3.2.3在集热系统进水管和集热系统出水管处分别布置温度测点；

3.2.4沿集热系统进水管同一侧面放置2个超声波流量计探头，探测面与进水管之间敷设耦合剂使两者充分接触，安装时，确保上游直管段的长度在lO倍管道内径以上，下游直管段的长度在5倍管道内径以上；

3.2.5在距离集热器和水箱水平方向1.5m、距离屋面1m位置布置环境风速测点和环境温度测点。

3.3检测结果

检测数据处理结果如下表所示：

通过对以上系统性能检测数据处理结果分析发现，1#楼太阳能集热系统效率偏低。该建筑太阳能集热系统效率设计值为40%，而实际检测集热系统效率为30.69%～35.72%。通过进一步分析，该系统集热器循环流量设计值为140L/min，但实际检测值仅为55L/min。在实际集热循环流量偏低的情况下，集热器内经过太阳能辐射加热的水无法及时送进贮热水箱且长时间处于较高温度状态，造成系统散热量加大，从而使集热系统效率降低。

4能效评估

在系统性能检测的基础上，展开对整个项目的评估，能效评估内容包括全年太阳能保证率、全年常规能源替代量、项目费效比、环境效益和经济效益的评估。能效评估结果详见表2。

对以上能效评估结果分析如下：

（1）本项目全年太阳能保证率设计值为30%，已按围护结构表面最大容许安装面积设计和安装太阳能集热器。而本项目全年太阳能保证率评估值为28.65%，稍低于设计值，主要原因为集热系统效率偏低，此处不再复述。

（2）该项目费效比为0.23元/kWh，约为学校用电价格的一半。

（3）本项目太阳能热水系统寿命期内可节约标准煤共计1441.5吨，二氧化碳、二氧化硫和粉尘的减排量亦较为可观。

（4）通过经济效益分析，本项目静态投资回收期为6年。

5改善建议

5.1通过对检测数据的分析计算可知，该项目集热循环水泵实际流量偏低，建议排查是否存在管堵现象或更换水泵，以改善集热系统循环加热效果。

5.2屋面热水管道保温材料干裂、脱落，影响系统热效率。建议加强保温防护措施，如将外包铝箔改为铝板等。

5.3恒温水箱补水控制宜改为：当水位低于设定值时，若贮热水箱水温大于生活水箱水温达到设定值，则恒温水箱从贮热水箱补水。如此，可最大化利用收集的太阳能，避免恒温水箱低于低水位时，直接从生活水箱补冷水。

5.4本项目检测前发现系统控制参数被业主管理人员更改，贮热水箱水温未达到设计值时即放入恒温水箱中，造成空气源热泵机组运行时间增加，系统耗电量增大。因此，建议业主管理人员应避免更改系统控制参数。

6结语

近年来，国家出台一系列政策支持可再生能源在建筑中的推广应用。目前，福建省累计成功申报3个示范城市、5个示范县以及一个集中连片示范区，福建省太阳能热水系统在建筑中的应用由此进入了快速发展的时期，同时，太阳能热水系统示范项目的能效测评工作也逐渐展开。通过对学校建筑太阳能热水系统示范项目的检测，分析系统存在的问题，并给出合理化建议，对福建省太阳能热水系统的设计、施工和管理方面，起到一定的借鉴作用。