216-太阳能热水系统节能性评价指标研.pdfVIP

太阳能热水系统的节能效果评价指标研究 王帝,孙育英,王伟 1 （绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室，北京工业大学,北 京 100124 ） 摘要：评价指标是引导太阳能热水系统工程应用与技术发展的重要导向工具。然而现行标准 中对太阳能热水系统节能效果的评价指标主要以对集热量的考察为导向，对系统实际能耗和 有效供热性能的考察不足。本文基于某太阳能热水系统实际工程，讨论了现行指标在实际评 价中存在的具体问题，提出系统能耗系数 、太阳能利用系数 和系统散热系数 三项新 型评价指标，用于反映太阳能热水系统的能耗水平、太阳能利用水平和保温性能，并通过实 际工程案例的评价阐释了各项新型指标的工程意义。本文研究是对现有太阳能热水系统评价 指标的完善，通过新型节能效果评价指标的补充使评价更加客观、全面、具有对比性，以促 进太阳能热水系统的高效应用。 关键词：太阳能热水系统；节能效果；评价指标 引言 我国太阳能热利用市场发展迅速，至 2016 年末，太阳能集热系统在我国的保有量已达 到 46360 万㎡。太阳能热水系统是太阳能热利用的主要方式之一。然而，从对现有太阳能 热水工程的调研情况来看，很多系统的节能效果不佳，运行费用偏高。以电费0.488 元/ （kW·h ）估算，将 1t 水用电加热的方式使温度提升 30℃所需的电费约为 17 元。然而根据 一项对北京、广东、山东等地 200 位居民所做的调研，有 18%的太阳能热水用户所支付的 热水费用超过 20 元/t[1] [2] 。对于这些的用户来说，与单纯使用电热水器相比，太阳能热水 系统并未体现出经济优势和节能。 改善太阳能热水系统的工程应用现状首先要确立其工程评价方法。为此，我国发布了 《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T 50801 2013 ），以下简称《标准》，分别从系 统性能、节能效果、经济性、环保性四个方面对太阳能热水系统进行评价。然而，现行标 准对太阳能热水系统节能效果的评价尚不完善。现有评价指标以集热量为主要评价依据 [3] [4] ，忽视了系统对输入热量的损耗问题 ，对系统节能效果的考察不够客观、全面。一些 研究者提出太阳能热水系统节能效果的评价应以运行能耗为导向[5][6] ，为评价体系的优化 指明了基本方向，但评价指标的最佳表现形式仍有待讨论。 本文为了完善太阳能热水系统节能效果的评价方法，结合某工程实际案例，深入分析 现行评价指标中的问题，从而寻求更为客观、全面、适于工程应用的，以运行能耗为导向 的太阳能热水系统节能效果评价方法。本文研究是对现有太阳能热水系统评价指标的补充 和完善，以促进太阳能热水系统的高效应用。 [基金项目] 国家自然科学基金项目（No） [作者简介] 王帝 （1993~），男，在读硕士研究生，主要从事建筑节能与优化控制方面的研究。 [联系方式] wd_lancer@163.com 1. 研究案例 本文以北京市某大学校医院的太阳能热水系统为研究案例，该医院为一栋地上五层的 单栋建筑，建筑面积约 3000 ㎡。医院 24h 开放，工作日早 8：00 至晚 17：00 为门诊开放 时间，其他时段仅开放急诊。正常门诊开放时间内，共有约 42 名医务工作人员在岗，日接 待患者约 500 人。热水用途为职工淋浴及各科室洗手盆用水，设计日用热水量 5t，日耗热 量 630MJ 。 太阳能热水系统采用单水箱系统，内置电辅热，原理如图 1 所示。集热系统设置有 32 块微热管平板式太阳能集热器，有效采光面积 59.52 ㎡。集热系统根据集热器出口温度与 水箱温度之差自动控制集热循环启停。集热循环停止时，集热器中的水自动排空至水箱。 保温水箱的有效容积为 5m³ 。水箱内安装有 3 组 9kW 辅助电加热器，根据水箱温度自动控 制启停，用于在太阳能不足时保证生活热水温度。补水为自来水，通过电磁阀自动控制启 闭。补水的控制策略有两种：一是根据液位上下限自动补水，二是当水箱温度过高时补水 以降低水温，从而提高系统的集热效率。用户侧通过一台定压水泵供水，并设有回水循环 管。当用户侧管内温度低于设定值时，回水电磁阀自动开启，将用户侧管