太陽能熱水系統性能檢測方法研究

馬 艦，汪磊磊，陳 丹（.天津市房屋質量安全鑒定檢測中心有限公司， 天津 00060；.天津住宅建設發展集團有限公司， 天津 00060；.天津建科建筑節能環境檢測有限公司， 天津 00060）

太陽能熱水系統在實際應用工程中，由于系統熱損失、用戶熱水使用時間集中、水泵能耗等影響，導致項目不能有效利用太陽能系統集得的熱量。其需額外消耗較多的常規能源，造成太陽能保證率高，實際運行能耗也高的問題。本文以天津市實際運行項目為例，基于 CSUS-GBC 05—2014《綠色建筑檢測技術標準》中對于太陽能熱水系統的檢測方法，提出了太陽能系統能效評價新指標。

1 太陽能系統概述及現有評價方法

1.1 太陽能系統概述

太陽能熱水系統是利用太陽能集熱器收集太陽能輻射能，并為用戶制備和提供熱水的系統。太陽能是與建筑相結合的可再生能源，其利用形式是能源利用效率最高、與建筑實際需求結合緊密的一種技術形式。相比太陽能光伏技術其能量利用效率更高，是迄今為止最有效最成熟的太陽能利用方式之一，值得大力推廣。但是太陽能熱水系統也存在一些問題，由于太陽輻射能密度較小、不穩定而且非人為所能掌控，所以無論系統大小都需要配備貯熱水箱，以保證提供熱水的可靠性和穩定性，還需要配備輔助加熱裝置。由此可以發現最基礎的太陽能熱水系統包括太陽能集熱器、貯水箱、輔助加熱裝置、供回水管路以及水泵等。

1.2 現有評價方法概述

GBT 50801—2013《可再生能源建筑應用工程評價標準》指出太陽能系統的主要評價指標包括太陽能保證率、集熱系統效率、貯熱水箱熱損因數和靜態回收期等。評價從節能性、經濟性和系統性能等對太陽能系統進行考核。

理論上，若太陽能系統各項評價指標滿足標準限值的要求，則證明系統運行效果較好，相比常規能源熱水系統能耗更低，節能、環保和經濟效益更優。也有研究者認為，在進行太陽能熱水系統工程評價時，應該突出“以實際運行能耗為導向”，即以常規能源替代量為主要考察指標，而不僅是以太陽能系統參數作為節能性指標。

在過去 20 a，由于受到市場利好政策的推動，太陽能工程市場發展迅速，而太陽能熱水系統在建筑領域應用尤為廣泛。但是，經過近幾年的項目實地調研發現，太陽能熱水系統在實際應用中存在許多問題。如用戶普遍反映水溫偏低、穩定性較差和水價高；物業反映維護、收費及管理較難；開發商為了應付驗收工作采取租賃的方式安裝太陽能熱水系統等。

1.3 現有評價方法分析

GBT 50801—2013 分別用不同指標對太陽能熱利用系統、太陽能光伏系統和地源熱泵系統進行了系統評價。其中，對太陽能熱水系統從系統性能、節能效果、經濟性以及減排效果 4 個方面進行了評價。除對太陽能保證率、集熱系統效率、熱損因數、供熱水溫度給了明確標準限值外，對常規能源替代量、靜態投資回收期、CO2減排量、SO2減排量以及粉塵減排量等評價指標均無明確規定，僅要求在評價報告中給出。

2 項目概述

某產業園區辦公大樓，規劃總用地面積為 7 209.80 m2，總建筑面積為 18 088.09 m2，地上 5 F，地下 1 F。項目采用奇威特槽式集熱器，與傳統真空管集熱器相比，采用太陽跟蹤裝置，使太陽光線可以以大致與拋物面垂直的角度入射到槽式拋物面反光鏡上，反光鏡將接收到的太陽光聚集到集熱管表面。如此，集熱管便接收到了高熱流密度的太陽輻射能，通過與管內介質的熱傳遞，將管內流動介質加熱，從而為生產、生活提供動力。

本項目設餐廳、淋浴、洗手盆等生活熱水取水點，過渡季為地源熱泵系統蓄熱，其余時間為各分散取水點提供生活熱水。太陽能熱水系統的熱水供水溫度為 50 ℃，配備了 2 臺 15 t 不銹鋼保溫水箱，屋頂共安裝 1 組槽式太陽能集熱器，總集熱面積為 320 m2。

3 傳統檢測方法結果分析

根據 GBT 50801—2013，分別對系統各指標進行測量、計算，結果如表1 所示。根據各項評價指標檢測結果，在滿足基礎性能評價指標的基礎上，本太陽能系統的太陽能保證率、集熱系統效率均達到了 2 級性能指標的要求，系統性能效果較好。

表1 按傳統檢測方法檢測的結果

4 新型指標檢測結果

本項目的太陽能系統主要為廚房用水、淋浴間用水、衛生間分散用水點提供生活熱水。結合現場檢測條件，在太陽能供回水環路、廚房用水點、淋浴間供水干管末端、每層衛生間供水干管末端安裝熱計量表。測試、計算結果如表2 所示。

表2 新型檢測數據

系統實際運行中，儲熱水箱、管路都會產生熱損失。由檢測數據可知，當項目熱水用水量較小時，由于循環管路仍持續工作，系統損失熱量占比較高。在工作日，由于太陽能熱水系統正常運行，系統熱水需求穩定，單位熱水耗電量在為 1.50～1.89 kWh。周末大部分員工不上班，太陽能熱水系統正常運行，單位熱水耗電量為 27.89～48.50 kWh。

5 不同檢測方法的指標對比分析

經對比 2 種檢測方法分析可知，由于項目存在用水高峰需要借助電輔熱、循環水泵長時間運轉、管道熱損失等情況，常規能源消耗量占比不容忽視。若增加可再生能源系統貢獻率等指標，作為不同類型熱水系統能源利用情況比較的指標，不僅能體現系統實際運行效果，對于系統經濟性的評價也至關重要。其相比于傳統檢測方法更符合實際情況且更具有科學性。

6 結 語

當前，太陽能熱水仍十分依賴政策的支持，不管是強制安裝還是資金補貼。但只有在解決技術問題的基礎上，讓系統更好地服務于人民，才能更好地發揮可再生能源的節能、低碳作用。因此，只有優化系統性能評價指標，增加以結果為導向的政策，鼓勵技術不斷進步，才能避免市場參與者以短期快速獲利為目標的發展模式。