绿色生态城区太阳能光热技术实施思路探讨

李倩

【摘 要】开发和利用可再生能源是解决能源危机的有效途径，论文以集中-分散式太阳能热水系统为例进行阐述，以满足业主需要为出发点，采用精细化设计手段优化系统设计。在最大化挖掘可再生能源潜力的基础上，须提高能源利用效率，保证太阳能光热技术在绿色生态城区中落地实施。

【Abstract】The development and utilization of renewable energy is an effective way to solve the energy crisis. This paper takes collective-individual solar hot water system as examples to meet the needs of the owners as a starting point， using the refined design method to optimize the system design. On the basis of maximizing the potential of renewable energy， it is necessary to improve the energy utilization efficiency， making solar thermal technology implemented in the green ecological city.

【关键词】绿色生态城区;可再生能源;太阳能热水系统

【Keywords】green ecological urban areas; renewable energy; solar water heating system

【中图分类号】TU822;TU18                                                 【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）08-0178-02

1 引言

可再生能源的规模化利用能够减少化石原料的消耗，优化能源供给侧结构，是实现绿色生态城区可持续发展、改善城市大气环境质量的有效措施，也是绿色生态城区建设的重要内容之一。

在可再生能源利用方面，中新天津生态城具有天然优势，生态城属于太阳能资源较丰富区，水平面上的年平均总太阳辐照量可达为5239.94MJ/m2·a，倾斜表面上的年平均总太阳辐照量达6103.55MJ/m2·a，为太阳能在生态城中的应用提供了良好的自然资源基础条件。

2 建筑太阳能热水实施现状

2.1 太阳能热水系统存在的问题

太阳能光热技术因其环保效益好、安全性能高、经济效益好等优势，成为目前建设项目应用最为广泛的可再生能源技术之一。但调研发现，太阳能热水系统实际使用效果和设计预期有明显差异，运行效果很不理想，主要体现在以下几个方面。①业主需求：部分业主对于分散式系统的售后服务较为不满;顶层住户较多反映噪音及漏水问題;集中式系统的业主认为水温不足、水量不够。②系统自身问题：屋面突出构筑物对集热设备进行遮挡;屋顶无机房的露天系统易出现水泵、管路损坏现象;屋顶设备极易出现噪音等问题。

本文以集中-分散式太阳能热水系统为例，采用精细化设计手段从设计源头提出解决方案，为绿色生态城区更好地推广太阳能光热技术提供技术支撑。

2.2 太阳能热水系统精细化设计方法

太阳能光热技术作为较成熟的一项技术，在实施过程中仍出现诸多问题，这反映出当前我国在大范围推广应用太阳能光热技术的同时，忽略了对其进行专业化的设计、施工、验收及运行，导致太阳能热水的使用效果大打折扣。本文以业主需求为出发点，从精细化设计角度解决业主诉求较多的噪声和供水温度较低的问题。

2.2.1 降低噪声干扰

集中-分散式太阳能热水系统是目前太阳能设计中采用较多的一种形式，该系统为避免热量传输损失，太阳能设备机房一般靠近集热热源，设置在屋面。当系统运行时，水泵震动会通过楼板向下传导，会对顶层业主产生噪声干扰。

据调研发现，目前太阳能相关规范标准未对太阳能设备机房有明确设计要求，更多地被当成一种产品出现在设计图纸中，同样作为建筑热水供应系统，要明确太阳能设备机房的设计要求，并且结合系统特点提出降噪措施。

①太阳能设备机房不应毗邻居住用房或在其上层或下层;水泵机组与基础设置减振装置，基础自身采取减振措施;管道支架、吊架和管道穿墙、楼板处，采取防止固体传声的措施。

②设备机组模块化设计，即将太阳能热水系统的相关设备，包含水泵、管路、换热器、仪器仪表及阀门等集成于一体，形成一体化模块化机组，可大大缩小设备机房的占用面积，提高系统运行效率，降低设备运行噪声。

2.2.2 优化系统温升

供水温度不足也是太阳能热水系统中常出现的问题，影响因素较为复杂，如集热器遮挡严重、集热器控制不合理、系统传输热损失较大等[1]，本文重点分析设计过程中容易忽略的一些问题。

①避免无效集热面积。调研发现，项目现场会出现集热器被遮挡或自遮挡现象，必然会引起无效集热。为解决该问题，太阳能热水设计需与建筑方案设计以及施工图设计同步，实现太阳能热水系统与建筑一体化设计，即在建筑规划布局阶段就要考虑太阳能热水系统的设计方案，并借助日照模拟的手段，按照GB 50364—2018《民用建筑太阳能热水系统应用技术标准》的要求布置集热器。在建筑设计时，屋面形式尽量简约，可避免建筑造型对集热器产生遮挡。

②系统精准设计，指导系统运行。目前，太阳能相关规范标准对太阳能热水的计算均为“年平均”概念，即气象参数为“年平均日太阳辐照量”，依据单一气象参数进行系统核算，计算过程粗糙，对系统后期运行无法给予指导。

本文利用计算机模拟工具对太阳能集热器进行日照模拟分析，可得出该地区逐月太阳辐照量的变化情况，由此可确定系统适宜的运行策略。由图1可知，当系统全年运行时，建议集热器安装倾角大于30°，利于冬季系统得热;当系统季节运行时，建议集热器倾角小于30°，在夏季太阳高度角较高时利于系统得热。

以某品牌平板型集热器为例，分析不同辐照量下的集热器效率，基于总面积和集热器进口温度的瞬时效率曲线如公式（1）所示。

ηG=0.715-4.886T*i （1）

经计算，该品牌集热器在3～10月份期间，集热器的安装倾角对于月均集热效率的影响不大，且均处于较高水平;冬季期间，随着集热器安装倾角的减小，集热器月平均集热效率衰减较快。从全年数据来看，集热器安装倾角在20°～40°时，冬季集热器效率处于相对较高水平，系统全年运行时可以此为参照进行设计。

基于以上分析，设计师可分析太阳能热水系统在不同月份的使用效果，进而确定整套太阳能热水系统的运行策略，并为系统后期运行提供技术指导。

3 可再生能源管理提升

生态城可再生能源已大规模实施，在可再生能源管理方面应大力加强，目前建立了生态城绿色建筑运维管理平台，可对项目级可再生能源的运行情况进行分项管控，进而形成城区级可再生能源管理平台，为绿色生态城区的可再生能源管理提供数据及技术支撑。

针对目前太阳能热水出现的问题，建立项目级5G无人值守智慧机房，太阳能系统数据通过5G传输对接项目楼宇运行监控平台，楼宇运行监控平台实现对数据的展示、储存、分析、上传，同时，运行人员可通过监控数据对系统实现自查，将问题反馈于生态城绿色建筑运维管理平台，平台进行数据及运行情况汇总，并反馈到系统维修及管理部门，实现太阳能系统的智慧运维。

4 结论

绿色生态城区的可持续发展，需要切实地落实各项绿色技术。本文对太阳能光热技术实施进行了阐述，太阳能热水系统以满足业主需求为出发点，采用精细化设计方法从设计源头优化系统设计。可再生能源利用方面，进一步优化能源结构，最大化地开发利用建筑蕴含的可再生能源资源，须提高能源利用效率，降低传统能源消耗，最终实现建筑和城区的绿色生态发展。

【参考文献】

【1】賽娜，戚建强，刘文闯，等.中新生态城太阳能热水系统运行监测全过程管理[J].建设科技，2016（16）：50-52.