霍山某医院建筑太阳能热水系统能效测评及结果分析

张举 ，程海峰 ，赵晓康

（安徽建筑大学，安徽 合肥 230022）

0 前言

应用太阳能热水系统技术，不会对环境造成污染，有利于优化能源结构，提高能源利用率，有利于我国建筑节能技术的开展，同时可以实现绿色发展和节能减排。为了总结现有经验，需要对既有太阳能建筑的应用效果进行能效测评，得到其实际应用效果，从而可以更好的推广和普及太阳能热水系统。

1 项目概述

1.1 工程概况

该工程示范项目位于安徽省六安市霍山县。霍山县位于地理经度东经 115°52'～115°32'纬度北纬31°03'～31°33'之间。年平均日照时数为 1843.6h，日照百分率为41%左右，年平均太阳辐射总量为4300MJ/m2[1]。

项目总建筑面积3.07703万m2，总投资约7028万元。属于新建建筑，采用太阳能集热及空气源热泵热水系统，为约300间病房提供生活热水，空气源热泵主机、热水保温水箱及集热器均置于屋顶。本工程实际安装集热面积为436m2，真空管为Φ58-1800mm-50型集热器，每组采光面积为7.79m2，共56组。项目外观见图1。

图1 项目所在地外观

1.2 示范技术方案

太阳能系统工作原理：集热器将光能转化成热能，将太阳能导热液加热，通过热虹吸作用，循环加热。本项目采用真空管联箱太阳能热水系统，水箱容积60m3，安装在楼面，采用空气源热泵机组辅助加热，为病房提供生活热水。

本项目的设计主要遵循以下原则。

①优先和充分利用太阳能的原则：最大化利用太阳能，符合国家政策和经济型要求。

②因地制宜的原则：最大限度的依据该建筑条件和设备，达到建筑一体化。

③因地制宜的原则：最大限度的依据该建筑条件和设备，达到建筑一体化。

④节能的原则：水路设计、控制设计、设备设计尽可能完美、节能。

⑤实用和个性设计：在充分满足用户的要求下，达到规范设计。

1.3 测评依据

《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T 50801-2013）[2]；

《太阳能热水系统性能评定规范》（GB/T 20095）[3]；

《安徽省霍山县可再生能源建筑应用示范项目申报书》；

该示范项目设计资料、竣工图纸、验收资料、运行调试资料。

3 测评及结果分析

依据《太阳能热水系统性能评定规范》、《可再生能源建筑应用工程评价标准》的相关要求，本项目太阳能空气能热泵热水系统安装工程的测评内容包括形式检查、系统性能检测和系统能效评估三部分：

3.1 形式检查

通过查看项目相关资料同时结合现场实际情况可知：本项目按照申报书的施工进度进行，同时增量成本保持与申报书一致；本项目的系统基本检查、系统运行情况检查以及系统实施量检查均按照申报书进行实施，保持与申报书一致。因此，形式检查结果满足要求。

3.2 系统性能检测

系统性能检测包括环境温度、环境风速、集热器面积、贮热水箱水温起始温度与结束温度、贮热水箱有效容积、太阳能集热器采光面上的太阳能辐照量、开始时贮热水箱内水温度、结束时贮热水箱内水温度、贮热水箱附近环境温度等[4]；检测仪器见图2～图5。

图2 可再生能源建筑应用测评监测装置

图3 太阳辐射的总辐射表

图4 环境温度的温度采集器

图5 水箱内水温度的温度传感器

系统性能检测结果见表1、表2：

系统性能检测结果 表1

系统性能检测结果2 表2

3.3 能效评估

3.3.1 全年加权太阳能保证率

依据《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T50801-2013）[2]附表C《我国主要城市太阳辐照量分段统计》，当地日太阳辐照量大于16MJ/m2的天数为104天，介于12MJ/m2到16MJ/m2之间的为64天，介于8MJ/m2到12MJ/m2的为69天，小于8MJ/m2128天；

全年太阳能保证率η全年按照按公式1[2]计算：

本项目当日太阳能保证率测试结果如下：f1=20.17%、f2=36.03%、f3=52.44%、f4=50.44%；天数（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T50801-2013）内的规定数值；经计算，该项目全年太阳能保证率为50.44%。

3.3.2 系统集热效率

集热系统效率按照按公式2计算[2]：

本项目当日实测集热系统效率结果：η1=45.56%、η2=46.2%、η3=45.8%、η4=46.54%；天数（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T50801-2013内的规定数值；经计算，该项目系统集热效率为46.0%。

3.3.3 常规能源替代量

集热系统当地日太阳辐照量每平米小于8MJ的得热量为Q1，介于8MJ到12MJ之间的得热量为Q2，介于12MJ到16MJ之间的得热量为Q3，大于16MJ的得热量为Q4；

全年常规能源替代量A按按公式3计算[2]：

本项目当日计算集热系统得热量结果如下：Q1=1143.580MJ、Q2=2042.923MJ、Q3=2973.554MJ、

Q4=5446.020MJ；天数（X1、X2、X3、X4）采用上述《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T50801-2013）内的规定数值；经计算，该项目全年常规能源替代量为59.37t标准煤。

3.3.4 项目费效比（增量成本/常规能源替代量）（元/kWh）

根据项目申报书可知，太阳能热水部分的增量成本Czr约为57.4万元。

该项目满负荷投入运行后，全年常规能源替代量为59.37t标准煤，标准煤热值为q：29.307MJ/kg，系统寿命N按15年计算，项目费效比按公式4计算[2]：

经计算，项目费效比为0.08元/kWh。

3.3.5环境效益

①CO2年减排量按以按公式5计算[2]：

②SO2年减排量按以按公式6计算[2]：

③粉尘减年排量按以按公式7计算[2]：

Qbm为标准煤节约量，单位：吨/年；计算结果见表3：

环境效益计算表 表3

该项目的二氧化碳减排量为146.64吨/年，二氧化硫减排量为1.18吨/年，粉尘减排量为0.59吨/年。

3.3.6 每年节约的费用、静态投资回收年限

由前面计算结果可知，本项目的全年常规能源替代量A为59.37t。根据六安市发改委公布，商业用气价格为3.3元/m3，换算成常规能源价格P为0.3元/kWh。太阳能热水系统每年的运维成本Mr约为2万元。每年节约的费用按照按以按公式8计算[2]：

则该项目每年节约的费用为12.49万元。

根据项目申报书该项目实际总投资为57.4万元以及节能效益评估得到的年节约费用12.49万元，计算得到项目的静态投资回收年限：57.4/12.49=4.75年。

该项目的每年节约的费用为12.49万元，静态投资回收年限为4.75年。

4 结论

通过对霍山某医院太阳能热水系统能效测评结果分析可知，系统总体上具有良好的节能减排效益和示范推广性。

①该项目全年太阳能保证率为50.44%，太阳能部分可提供能量占系统总用能的一半。

②该项目的二氧化硫年减排量为1.18t，二氧化碳年减排量为146.64t，粉尘减年排量为0.59t，有力地促进了建设资源节约型、环境友好型的社会；

③该项目全年常规能源替代量为59.37t标准煤，每年节约的费用为12.49万元，静态投资回收年限为4.75年。静态投资回收年限合理，因而改项目具有良好的示范和推广效应。