綠色生態(tài)城區(qū)太陽(yáng)能光熱技術(shù)實(shí)施思路探討

李倩

【摘 要】開發(fā)和利用可再生能源是解決能源危機(jī)的有效途徑，論文以集中-分散式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為例進(jìn)行闡述，以滿足業(yè)主需要為出發(fā)點(diǎn)，采用精細(xì)化設(shè)計(jì)手段優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在最大化挖掘可再生能源潛力的基礎(chǔ)上，須提高能源利用效率，保證太陽(yáng)能光熱技術(shù)在綠色生態(tài)城區(qū)中落地實(shí)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.

【關(guān)鍵詞】綠色生態(tài)城區(qū);可再生能源;太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

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

【中圖分類號(hào)】TU822;TU18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）08-0178-02

1 引言

可再生能源的規(guī)模化利用能夠減少化石原料的消耗，優(yōu)化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)城區(qū)可持續(xù)發(fā)展、改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量的有效措施，也是綠色生態(tài)城區(qū)建設(shè)的重要內(nèi)容之一。

在可再生能源利用方面，中新天津生態(tài)城具有天然優(yōu)勢(shì)，生態(tài)城屬于太陽(yáng)能資源較豐富區(qū)，水平面上的年平均總太陽(yáng)輻照量可達(dá)為5239.94MJ/m2·a，傾斜表面上的年平均總太陽(yáng)輻照量達(dá)6103.55MJ/m2·a，為太陽(yáng)能在生態(tài)城中的應(yīng)用提供了良好的自然資源基礎(chǔ)條件。

2 建筑太陽(yáng)能熱水實(shí)施現(xiàn)狀

2.1 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)存在的問題

太陽(yáng)能光熱技術(shù)因其環(huán)保效益好、安全性能高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)勢(shì)，成為目前建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)用最為廣泛的可再生能源技術(shù)之一。但調(diào)研發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)實(shí)際使用效果和設(shè)計(jì)預(yù)期有明顯差異，運(yùn)行效果很不理想，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①業(yè)主需求：部分業(yè)主對(duì)于分散式系統(tǒng)的售后服務(wù)較為不滿;頂層住戶較多反映噪音及漏水問題;集中式系統(tǒng)的業(yè)主認(rèn)為水溫不足、水量不夠。②系統(tǒng)自身問題：屋面突出構(gòu)筑物對(duì)集熱設(shè)備進(jìn)行遮擋;屋頂無機(jī)房的露天系統(tǒng)易出現(xiàn)水泵、管路損壞現(xiàn)象;屋頂設(shè)備極易出現(xiàn)噪音等問題。

本文以集中-分散式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為例，采用精細(xì)化設(shè)計(jì)手段從設(shè)計(jì)源頭提出解決方案，為綠色生態(tài)城區(qū)更好地推廣太陽(yáng)能光熱技術(shù)提供技術(shù)支撐。

2.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)精細(xì)化設(shè)計(jì)方法

太陽(yáng)能光熱技術(shù)作為較成熟的一項(xiàng)技術(shù)，在實(shí)施過程中仍出現(xiàn)諸多問題，這反映出當(dāng)前我國(guó)在大范圍推廣應(yīng)用太陽(yáng)能光熱技術(shù)的同時(shí)，忽略了對(duì)其進(jìn)行專業(yè)化的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及運(yùn)行，導(dǎo)致太陽(yáng)能熱水的使用效果大打折扣。本文以業(yè)主需求為出發(fā)點(diǎn)，從精細(xì)化設(shè)計(jì)角度解決業(yè)主訴求較多的噪聲和供水溫度較低的問題。

2.2.1 降低噪聲干擾

集中-分散式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是目前太陽(yáng)能設(shè)計(jì)中采用較多的一種形式，該系統(tǒng)為避免熱量傳輸損失，太陽(yáng)能設(shè)備機(jī)房一般靠近集熱熱源，設(shè)置在屋面。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水泵震動(dòng)會(huì)通過樓板向下傳導(dǎo)，會(huì)對(duì)頂層業(yè)主產(chǎn)生噪聲干擾。

據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前太陽(yáng)能相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)太陽(yáng)能設(shè)備機(jī)房有明確設(shè)計(jì)要求，更多地被當(dāng)成一種產(chǎn)品出現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙中，同樣作為建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)，要明確太陽(yáng)能設(shè)備機(jī)房的設(shè)計(jì)要求，并且結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)提出降噪措施。

①太陽(yáng)能設(shè)備機(jī)房不應(yīng)毗鄰居住用房或在其上層或下層;水泵機(jī)組與基礎(chǔ)設(shè)置減振裝置，基礎(chǔ)自身采取減振措施;管道支架、吊架和管道穿墻、樓板處，采取防止固體傳聲的措施。

②設(shè)備機(jī)組模塊化設(shè)計(jì)，即將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備，包含水泵、管路、換熱器、儀器儀表及閥門等集成于一體，形成一體化模塊化機(jī)組，可大大縮小設(shè)備機(jī)房的占用面積，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低設(shè)備運(yùn)行噪聲。

2.2.2 優(yōu)化系統(tǒng)溫升

供水溫度不足也是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中常出現(xiàn)的問題，影響因素較為復(fù)雜，如集熱器遮擋嚴(yán)重、集熱器控制不合理、系統(tǒng)傳輸熱損失較大等[1]，本文重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)過程中容易忽略的一些問題。

①避免無效集熱面積。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)集熱器被遮擋或自遮擋現(xiàn)象，必然會(huì)引起無效集熱。為解決該問題，太陽(yáng)能熱水設(shè)計(jì)需與建筑方案設(shè)計(jì)以及施工圖設(shè)計(jì)同步，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)，即在建筑規(guī)劃布局階段就要考慮太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并借助日照模擬的手段，按照GB 50364—2018《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求布置集熱器。在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，屋面形式盡量簡(jiǎn)約，可避免建筑造型對(duì)集熱器產(chǎn)生遮擋。

②系統(tǒng)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行。目前，太陽(yáng)能相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)太陽(yáng)能熱水的計(jì)算均為“年平均”概念，即氣象參數(shù)為“年平均日太陽(yáng)輻照量”，依據(jù)單一氣象參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)核算，計(jì)算過程粗糙，對(duì)系統(tǒng)后期運(yùn)行無法給予指導(dǎo)。

本文利用計(jì)算機(jī)模擬工具對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行日照模擬分析，可得出該地區(qū)逐月太陽(yáng)輻照量的變化情況，由此可確定系統(tǒng)適宜的運(yùn)行策略。由圖1可知，當(dāng)系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)，建議集熱器安裝傾角大于30°，利于冬季系統(tǒng)得熱;當(dāng)系統(tǒng)季節(jié)運(yùn)行時(shí)，建議集熱器傾角小于30°，在夏季太陽(yáng)高度角較高時(shí)利于系統(tǒng)得熱。

以某品牌平板型集熱器為例，分析不同輻照量下的集熱器效率，基于總面積和集熱器進(jìn)口溫度的瞬時(shí)效率曲線如公式（1）所示。

ηG=0.715-4.886T*i （1）

經(jīng)計(jì)算，該品牌集熱器在3～10月份期間，集熱器的安裝傾角對(duì)于月均集熱效率的影響不大，且均處于較高水平;冬季期間，隨著集熱器安裝傾角的減小，集熱器月平均集熱效率衰減較快。從全年數(shù)據(jù)來看，集熱器安裝傾角在20°～40°時(shí)，冬季集熱器效率處于相對(duì)較高水平，系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)可以此為參照進(jìn)行設(shè)計(jì)。

基于以上分析，設(shè)計(jì)師可分析太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在不同月份的使用效果，進(jìn)而確定整套太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并為系統(tǒng)后期運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)。

3 可再生能源管理提升

生態(tài)城可再生能源已大規(guī)模實(shí)施，在可再生能源管理方面應(yīng)大力加強(qiáng)，目前建立了生態(tài)城綠色建筑運(yùn)維管理平臺(tái)，可對(duì)項(xiàng)目級(jí)可再生能源的運(yùn)行情況進(jìn)行分項(xiàng)管控，進(jìn)而形成城區(qū)級(jí)可再生能源管理平臺(tái)，為綠色生態(tài)城區(qū)的可再生能源管理提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。

針對(duì)目前太陽(yáng)能熱水出現(xiàn)的問題，建立項(xiàng)目級(jí)5G無人值守智慧機(jī)房，太陽(yáng)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過5G傳輸對(duì)接項(xiàng)目樓宇運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)，樓宇運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的展示、儲(chǔ)存、分析、上傳，同時(shí)，運(yùn)行人員可通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自查，將問題反饋于生態(tài)城綠色建筑運(yùn)維管理平臺(tái)，平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)行情況匯總，并反饋到系統(tǒng)維修及管理部門，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能系統(tǒng)的智慧運(yùn)維。

4 結(jié)論

綠色生態(tài)城區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，需要切實(shí)地落實(shí)各項(xiàng)綠色技術(shù)。本文對(duì)太陽(yáng)能光熱技術(shù)實(shí)施進(jìn)行了闡述，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)以滿足業(yè)主需求為出發(fā)點(diǎn)，采用精細(xì)化設(shè)計(jì)方法從設(shè)計(jì)源頭優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。可再生能源利用方面，進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，最大化地開發(fā)利用建筑蘊(yùn)含的可再生能源資源，須提高能源利用效率，降低傳統(tǒng)能源消耗，最終實(shí)現(xiàn)建筑和城區(qū)的綠色生態(tài)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】賽娜，戚建強(qiáng)，劉文闖，等.中新生態(tài)城太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)全過程管理[J].建設(shè)科技，2016（16）：50-52.