太陽能熱水方案選擇及可行性投資分析

彭紅梅 李國偉 龍華寶

（城市建設研究院北京市100120）

在城鎮化大力發展下大量居住建筑掘地而起，尤其是高層建筑，處處可見，由于早期規范并無強制要求節能，而一般高層建筑無條件設置太陽能，多數都放棄了太陽能的使用，而多層建筑所占比例相對較少，造成太陽能的使用率低，我國人均集熱面積不到0.06m2。現在我們已經意識到資源的緊迫性，國家也重視起建筑節能的重要性，現北京建筑節能標準規定12層下新住宅全裝太陽能。

我國有較豐富的太陽能資源，按照地域不同其太陽能輻射區劃分為四個資源帶：一類為資源豐富地區（年輻射總量≥7000MJ/m2）;二類為資源較豐富地區（年輻射總量=5400～6700MJ/m2）；三類為資源一般地區（年輻射總量=4000～5400MJ/m2）和四類為貧乏地區（年輻射總量＜4000 MJ/m2）。年太陽輻射時數超過2200小時的太陽能利用條件較好的地區占國土的2/3。本次論文我參照曾涉及的一個項目作為參考，進行簡單分析。

本項目位于山東臨沂，臨沂地理位置為：東經117度24秒，北緯34度22秒。

氣象參數：年太陽輻照量：水平面5125.748MJ/m2；34o22’傾角表面5816.501 MJ/m2；90 o (垂直)傾角表面3427.368 MJ/m2。年平均日太陽輻照量：水平面14.043MJ/m2；34o22’傾角表面15.946 MJ/m2；90 o (垂直)傾角表面9.390 MJ/m2；年日照時數：2597.3h；年平均日照時數：7.1h。年平均環境溫度：14.29℃。

根據臨沂的地理位置和氣象參數與我國各地區的太陽能資源分布圖示中，不難看出臨沂地區屬于三類為資源一般地區，仍然可以充分利用集熱板吸收太陽能源為本地區的熱水系統主要熱源。國內市場上的集熱器類型一般為三種：1、平板型集熱器。2、全玻璃真空管集熱器。3、金屬-玻璃真空管集熱器(包含U型管式和熱管式兩種)。根據集熱器的類型對比，平板型集熱器接受太陽能輻射并向其傳熱工質傳遞熱能的非聚光型部件，吸熱體結構基本為平板形狀。結構簡單，抗凍能力較弱，耐壓和耐冷熱沖擊能力強，價格較低。全玻璃真空管型集熱器采用透明管（通常為玻璃管）并在管壁與集熱體之間有真空空間的太陽集熱器，水流經過玻璃管時直接被加熱。結構簡單，價格適中，具有一定的抗凍耐壓和冷熱沖擊能力。金屬-玻璃真空管型集熱器采用玻璃管外罩，將熱管直接插入管內或應用U型金屬管吸熱板插入管內的集熱管。抗凍耐壓和耐冷熱沖擊能力強，但價格較高。居于實際情況低于零攝氏度以下平板型不可使用，集熱效率金屬-玻璃真空管型高于其它兩種類型。以及與建筑外觀結合程度較好。再根據運行期內最低環境溫度、水質條件、經濟條件、維護管理等多方面因素綜合確定，金屬-玻璃真空管型集熱器集熱效率高、運行可靠，易損程度相對較低，如果在價格上同生產廠家進行商談，讓一次成本降低一些，應該是首選。

中高層住宅集熱器的可行性布置方案

由于本項目為中高層建筑，中高層住宅太陽能熱水系統的設計，應滿足太陽能集熱器面積使所有的住戶都有權利使用上太陽能水。

按每戶平均面積90平米考慮，每戶均設計用水人數3人考慮，熱水用水量標準：50L/人·天（60OC）。QMAXDAY=50X3.0=150L/d。每戶90平米需150L的用水儲水量。

太陽能集熱面積計算：

集熱面積公式：

式中Ac——直接式系統集熱器面積，m2；

Qw——日平均用水量，150L；

C——水的定壓比熱容4.187kJ/(kg·℃)；

Pr——熱水的密度，kg/L；

tend——貯熱水箱內水的終止溫度，60℃；

tL——水的初始溫度，夏季10℃ 冬季4℃；

JT——太陽集熱器采光表面年平均日或月平均日太陽輻照量，15946kJ/m2；

f——太陽能保證率，50%；

——管路及貯水箱的熱損失率，20%；

——集熱器全日集熱效率，50%。

每戶90平米150L/d

每戶頂層空間90平米，考慮到建筑物造型及其他因素的影響，按利用率80%考慮，實際可用面積72平米；屋頂可布置太陽能集熱器面積約42平米。

按上述條件進行設計，屋頂面積可滿足15層以下住宅的戶用熱水；即15層以下的中高層住宅，其屋頂面積是可以滿足該建筑物內住戶的生活熱水要求。從目前的建筑實際建設規模及形式來看，絕大部分中高層住宅是完全是可以滿足太陽能集熱器的安裝要求及建筑物的供水要求的。

結束語：建筑節能是利國利民的重要工程，希望伴隨著城鎮化的不斷發展，太陽能能為每一個人所信任和重視。由少到多，更充分的利用這些綠色能源。真正實現我們的健康低碳生活。

【參考文獻】

[1]錢家麟. 管式加熱爐（第二版）[M]. 錢家麟主編.北京：中國石化出版社，2005：208-217.

[2]王文堂. 化工節能技術 [M]. 王文堂主編.北京：化工工業出版社，2006：403-409.