民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)適宜性初探

賈遵鋒（廣西建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530005）

民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)適宜性初探

Study on Suitability of Solar Water Heater Applied in Civil Building

賈遵鋒（廣西建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530005）

顯著的節(jié)能效果是太陽能熱水系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的重要因素，而適宜的太陽能熱水系統(tǒng)類型是維持太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能高效運(yùn)行的前提。研究針對廣西太陽能熱水系統(tǒng)在各類建筑中的適宜性分析，結(jié)果表明，盡管廣西大部分地區(qū)處于太陽能資源可利用地區(qū)，但由于制備生活熱水所需溫升小，在標(biāo)準(zhǔn)推薦的單位水量太陽能集熱器配置面積情況下，就能使全年太陽能保證率均達(dá)到65%以上。廣西各地均適宜推廣應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先在南寧、欽州、北海、防城港市等南部地區(qū)規(guī)?；茝V應(yīng)用。結(jié)合建筑功能，歸納總結(jié)得到不同類型建筑適宜的太陽能熱水系統(tǒng)類型。

民用建筑；太陽能熱水系統(tǒng)；適宜性

隨著建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展重要戰(zhàn)略措施的實(shí)施，可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)作為建造低能耗建筑的重要途徑之一，在建筑領(lǐng)域中規(guī)模化利用可再生能源，減少常規(guī)能源使用以達(dá)到節(jié)能減排的效果，愈來愈受到重視[1-2]。為推動可再生能源建筑規(guī)?；瘧?yīng)用，財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織實(shí)施了可再生能源建筑應(yīng)用示范工作。2013 年 10 月 23 日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《國務(wù)院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委住房城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑行動方案的通知》(國辦發(fā) [2013]1 號)，要求進(jìn)一步推進(jìn)可再生能源建筑規(guī)?；瘧?yīng)用。廣西自 2009 年以來，先后組織南寧、柳州、欽州等 17 個(gè)市(縣)開展了國家級可再生能源建筑應(yīng)用示范市(縣)，在建筑領(lǐng)域推廣應(yīng)用可再生能源。

太陽能熱水系統(tǒng)作為可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)之一，在廣西乃至全國也得到了廣泛應(yīng)用。尤其是 2016 年 9 月，廣西出臺《廣西壯族自治區(qū)民用建筑節(jié)能條例》，要求符合條件的建筑應(yīng)當(dāng)至少應(yīng)用一種可再生能源，太陽能光熱技術(shù)將在建筑領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。但目前的關(guān)注點(diǎn)仍停留在太陽能熱水系統(tǒng)工程的推進(jìn)上，對太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行效果和技術(shù)應(yīng)用適宜性尚缺乏系統(tǒng)性的研究與歸納，不利于可再生能源的進(jìn)一步推廣。據(jù)此，針對太陽能熱水系統(tǒng)在各類建筑中的應(yīng)用方式、應(yīng)用情況等進(jìn)行了探討分析，以期確定適宜各類建筑的太陽能熱水系統(tǒng)，用于指導(dǎo)太陽能熱水系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

自 2009 年以來，廣西積極組織開展了可再生能源建筑應(yīng)用示范城市(縣)的建設(shè)工作，以推廣可再生能源建筑應(yīng)用，促進(jìn)建筑節(jié)能，改善能源結(jié)構(gòu)。隨著可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目的推廣應(yīng)用，可再生能源在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用獲得了飛速發(fā)展。圖 1 和圖 2 分別是廣西可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)量比重分布圖和面積比重分布圖。

圖 1 可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)類型項(xiàng)目數(shù)量比重分布圖

圖 2 可再生能源建筑應(yīng)用面積比重分布圖

由圖 1 和圖 2 可知，廣西地區(qū)的太陽能光熱利用項(xiàng)目約占可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目總數(shù)的 76.0%，盡管面積上占可再生能源建筑應(yīng)用總面積的比例僅 41.5%，但在各類可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)中所占比重仍處于首位。由此可見，太陽能光熱技術(shù)在廣西區(qū)得到了廣泛推廣應(yīng)用。

2 存在問題分析

盡管太陽能光熱技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著成果，但技術(shù)層面和管理層面仍存在著部分問題，阻礙著太陽能光熱技術(shù)的可持續(xù)推廣。經(jīng)對長期的太陽能熱水系統(tǒng)能效測評工作成果的總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)主要存在以下問題，嚴(yán)重制約了太陽能熱水系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

(1) 缺少統(tǒng)一的應(yīng)用規(guī)模約束標(biāo)準(zhǔn)。除南寧市要求可再生能源建筑應(yīng)用面積達(dá)到建筑面積 30% 以上外，其余城市均未明確要求太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用比例。各地應(yīng)用規(guī)模約束標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，既給開發(fā)商、設(shè)計(jì)單位、施工單位造成困惑，在實(shí)際執(zhí)行過程中，也往往造成開發(fā)商被動應(yīng)用太陽能，且按照政策下限執(zhí)行，造成太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用比例不高。如圖 3 所示，廣西全區(qū) 2014 年度城鎮(zhèn)住宅建筑面積共計(jì) 4 683.1 萬 m2，但太陽能光熱建筑應(yīng)用面積僅633.5 萬 m2，約占總建筑面積 13.5%，應(yīng)用比例最高的欽州市也僅 34.0%，其次是南寧市約 28.2%，其余城市均不超過 10%。

(2) 將太陽能熱水系統(tǒng)作為后置系統(tǒng)設(shè)備，未進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。除酒店、醫(yī)院、學(xué)校等公共建筑外，住宅建筑中太陽能熱水系統(tǒng)的最終用戶是住戶。開發(fā)商在系統(tǒng)運(yùn)行過程中并不能獲得任何利益，但在設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中卻是利益攸關(guān)方，致使大多數(shù)開發(fā)商將太陽能熱水系統(tǒng)作為后置設(shè)備或待建系統(tǒng)對待，并未與建筑開展一體化設(shè)計(jì)，大大增加了太陽能熱水系統(tǒng)施工安裝成本。且因項(xiàng)目為后續(xù)增加，設(shè)計(jì)上難免不盡合理，出現(xiàn)集熱器采光被遮擋、集熱器放置位置影響建筑外立面效果等不合理現(xiàn)象。

圖 3 2014年度全區(qū)各設(shè)區(qū)城市太陽能應(yīng)用分布圖

(3) 設(shè)計(jì)節(jié)能，但運(yùn)行耗能現(xiàn)象普遍。住宅中應(yīng)用集中供熱式太陽能熱水系統(tǒng)的目的是為了節(jié)能，但由于住宅建筑交房后的前兩年內(nèi)入住率普遍較低，但因采用集中供熱水系統(tǒng)，水量調(diào)節(jié)不便、熱損失等原因，造成該類系統(tǒng)在居住建筑中無法體現(xiàn)出節(jié)能優(yōu)勢，甚至比常規(guī)系統(tǒng)的能耗更高。此時(shí)如按系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行收費(fèi)，將致使物業(yè)嚴(yán)重虧損運(yùn)行不起；如按照這種高于正常熱水價(jià)進(jìn)行收費(fèi)，便出現(xiàn)用戶嫌貴用不起，最終造成系統(tǒng)荒廢[3-4]。

3 適宜性分析

太陽能熱水系統(tǒng)存在的問題，是否說明廣西不適宜應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)？據(jù)此，我們從氣候、地域、建筑類型 3個(gè)方面分析了太陽能熱水系統(tǒng)的適宜性。

3.1 氣候適宜分析

太陽能保證率是評價(jià)太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能性能的關(guān)鍵指標(biāo)[5-6]，而太陽能資源和水溫是影響太陽能保證率的重要參數(shù)。為獲得太陽能熱水系統(tǒng)在廣西地區(qū)的適宜性，選取典型城市開展太陽能資源、地表水溫及所在城市太陽能熱水系統(tǒng)太陽能保證率的計(jì)算分析。表 1、表 2 是分別依據(jù)文獻(xiàn)[7-8]提供數(shù)據(jù)、廣西水文局提供數(shù)據(jù)整理得到的廣西典型城市的太陽能資源等級表、各季節(jié)地表水體溫度，表 3 是依據(jù) GB 50364—2005《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的太陽能保證率計(jì)算方法，計(jì)算得到 3 個(gè)典型城市中 1.8 m2平板型太陽能集熱器加熱 100 L 冷水的全年太陽能保證率。

表 1 各典型城市太陽能資源等級表

表 2 各典型城市各季節(jié)地表水體溫度

表 3 太陽能熱水系統(tǒng)太陽能保證率計(jì)算表

由表 1 可知，將太陽能資源按 4 類劃分時(shí)，除桂林、河池屬于第 4 類地區(qū)(資源欠缺區(qū))外，廣西大部分地區(qū)處于 3 類地區(qū)(太陽能資源可利用地區(qū))，相對新疆、云南、西藏、北京等地較差。但結(jié)合表 2、表 3 可知，廣西年平均氣溫和地表水溫度普遍較高，制備生活熱水所需的溫升較小，且夏長冬短，太陽能熱水系統(tǒng)可利用天數(shù)較長，在滿足GB 50364—2005 推薦的 100 L 水配置 1.8 m2太陽能集熱器的情況下，太陽能熱水系統(tǒng)全年太陽能保證率均可達(dá)到65% 以上。也就意味著，在滿足 GB 50364—2005 規(guī)定的不低于 40% 太陽能保證率情況下，所需投資更小，太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益更好。因此，在廣西各地市存在集中生活熱水需求的民用建筑中應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能潛力。

3.2 區(qū)域推廣適宜性分析

選取廣西各可再生能源建筑應(yīng)用示范城市為對象，統(tǒng)計(jì)分析可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)類型分布情況。圖 4 是太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用規(guī)模和項(xiàng)目數(shù)量占比曲線分布圖。

圖 4 各市太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用比例曲線

由圖 4 可知，應(yīng)用太陽能光熱技術(shù)的項(xiàng)目超過 55%，但太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用面積所占比值相對偏小。這是由于建筑屋面空間限制，放置太陽能集熱器面積有限，單個(gè)項(xiàng)目太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用面積較小，造成太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用面積占比遠(yuǎn)小于項(xiàng)目數(shù)占比。其次，對比各設(shè)區(qū)市太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用面積和項(xiàng)目數(shù)比值發(fā)現(xiàn)，欽州、北海、防城港 3 市的太陽能光熱技術(shù)不論應(yīng)用面積還是項(xiàng)目數(shù)的占比均達(dá)到55% 以上，而其他城市兩者的比例差值高達(dá) 22%～43%。由此說明地理位置越靠南的城市越適宜規(guī)?；茝V太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用。

3.3 各類建筑太陽能熱水系統(tǒng)適宜性分析

為保證太陽能熱水系統(tǒng)真正的節(jié)能運(yùn)行，在建筑領(lǐng)域能夠持續(xù)有效的推廣應(yīng)用，除制定統(tǒng)一的應(yīng)用規(guī)模約束標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格要求執(zhí)行一體化設(shè)計(jì)外，還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，選用適宜的太陽能熱水系統(tǒng)。據(jù)此，我們依據(jù)長期的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、能效測評經(jīng)歷，總結(jié)歸納出不同類型建筑適宜的太陽能熱水系統(tǒng)，以期用于指導(dǎo)太陽能熱水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，詳見表 4。

表 4 太陽能光熱建筑適宜性技術(shù)匯總表

由表 4 可知，由于低層住宅具有用戶少、產(chǎn)權(quán)統(tǒng)一、層數(shù)少等特點(diǎn)，結(jié)合住宅檔次，宜優(yōu)先選用分散式系統(tǒng)或集中集熱-分散儲熱-分戶輔助加熱式熱水系統(tǒng)。相比多層住宅，高層住宅的太陽能熱水系統(tǒng)除考慮屋面面積有限、入住率低造成的能耗高的問題外，尤其要注意因高度造成的系統(tǒng)投資急速增加的困擾，因此高層住宅宜優(yōu)先選用集中集熱-集中儲熱-分戶輔助加熱式系統(tǒng)。多層住宅除此外，還宜選用集中集熱-分戶儲熱-分戶輔助加熱式系統(tǒng)。對于醫(yī)院、酒店、宿舍等公共建筑，具有熱水需求量大、使用率高、產(chǎn)權(quán)統(tǒng)一且統(tǒng)一管理的特點(diǎn)，可最大化發(fā)揮集中式供熱水系統(tǒng)低投資、運(yùn)行效率高的優(yōu)勢，故該類建筑宜選用集中集熱-集中儲熱-集中輔助加熱系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

通過總結(jié)歸納廣西太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題，結(jié)合廣西地區(qū)氣候和建筑實(shí)際情況，獲得了各類建筑適宜的太陽能熱水系統(tǒng)類型。結(jié)論如下：

(1) 經(jīng)對廣西太陽能資源和水溫分析發(fā)現(xiàn)，盡管廣西大部分地區(qū)處于太陽能資源可利用地區(qū)，但由于年平均氣溫和地表水溫度普遍較高，制備生活熱水所需溫差小，各地太陽能熱水系統(tǒng)均能獲得較好的太陽能保證率。因此，太陽能光熱技術(shù)適宜在廣西全區(qū)范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。

(2) 通過統(tǒng)計(jì)分析各可再生能源建筑應(yīng)用示范城市太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)地理位置越靠南的城市越適宜規(guī)?；茝V太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用。因此，在制定太陽能光熱技術(shù)推廣應(yīng)用政策時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮在南寧、欽州、北海、防城港等南部城市推廣應(yīng)用。

(3) 結(jié)合建筑功能，歸納總結(jié)得到不同類型建筑適宜的太陽能熱水系統(tǒng)，以指導(dǎo)太陽能熱水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。即低層住宅宜優(yōu)先選用分散式系統(tǒng)或集中集熱-分散儲熱-分戶輔助加熱式熱水系統(tǒng)；高層住宅宜選用集中集熱-集中儲熱-分戶輔助加熱式系統(tǒng)，相比高層住宅，多層住宅還宜選用集中集熱-分戶儲熱-分戶輔助加熱式系統(tǒng)；公共建筑宜優(yōu)先選用集中集熱-集中儲熱-集中輔助加熱系統(tǒng)。

[1] 李越,趙樹興.天津市可再生能源建筑應(yīng)用調(diào)查分析[J].節(jié)能,2011(9):7-10.

[2] 賈遵鋒,朱惠英等.廣西可再生能源建筑應(yīng)用工程節(jié)能驗(yàn)收要點(diǎn)分析[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè),2012(7):59-62.

[3] 郭嘉羽,郝斌,彭琛,等.住宅集中式太陽能熱水系統(tǒng)分類方式[J].建設(shè)科技,2016(16)：45-49.

[4] 李美霞.深圳某公寓太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].綠色建筑,2015(5)：53-55.

[5] 彭琛,郝斌,郭嘉羽,等.關(guān)于太陽能熱水系統(tǒng)熱性能評價(jià)指標(biāo)體系研究[J].建設(shè)科技,2016(16)：41-44.

[6] 胡溫頻,萬晶,湯金才,等.武漢地區(qū)太陽能熱水工程經(jīng)濟(jì)性評價(jià)[J].太陽能學(xué)報(bào),2012,33(6)：916-920.

[7] 中國氣象局氣象信息中心氣象資料室.中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2005.

[8] 國家氣象信息中心資料服務(wù)室.中國氣象輻射資料年冊2012年[M]北京:國家氣象中心,2012.

TU50

A

1674-814X(2017)03-0040-04

廣西科技攻關(guān)項(xiàng)目(桂科攻1598098)

2017- 03-11

賈遵鋒，主任工程師，現(xiàn)供職于廣西建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，主要從事綠色建筑與建筑節(jié)能研究。

作者通信地址：廣西南寧市北大南路17號 廣西建科院3號辦公樓213室，郵編：530005。