太阳能热水系统设计及经济性分析

何永

摘要：介绍宁波地区一种集中式太阳能热水系统，并对其进行经济性分析及绿建评价介绍。

关键词：太阳能热水 集中式 经济性分析 绿建评价 CO2减排量

项目拟建教学综合大楼地下一层，地上层数均为九层。其中综合楼建筑高度为：35.9m。

1热源

燃气真空热水锅炉房作为主要热源，太阳能作为辅助热源。

2热水系统分区

热水分区同给水系统，生活热水的供回水温度为60℃/50℃。热水系统横干管及立管设置同程，各卫生间内的横支管均设置循环回水管。

各楼设置循环水泵进行机械循环，循环流量为最大小时热水用水量的5%。

3太阳能热水系统概况

考虑到用水量较大，用水时间较集中，集热器面积较大，屋顶有充足的位置设置太阳能集热器，因此选用集中式系统。

系统优点：集热器和储热容积的共享，可以使同一单元的热水使用峰值下降，均衡度提高，有利于提高系统的经济效益。供水的温度和水量保证率高，类似于集中热水系统。本系统集热器采用U型真空管，采用混凝土基础安置在楼顶，没有坠落隐患，工程造价低；管理方便。本系统集热器及循环控制设备均设于公共空间，便于物业统一管理，统一维护，能够更有效的保证系统长期正常运行，在设备使用年限内持续发挥效力，避免了用户因维护成本高而放弃使用所造成的投资浪费。

系统缺点：有收取热水费的管理问题，若不采用集中辅助加热的形式，系统内各用户用热量的均衡难以控制。若采用集中辅助加热的形式，收取热水热水费及维护管理比较复杂。但本项目作为物业集中统一管理不收热水费，故无此缺点。

通过以上对集中式系统的分析，笔者认为选用集中集热、集中储热的集中式太阳能供水系统，比较适合本工程的用水需求。

4太阳能热水系统计算

1）热水用水负荷：

太阳能热水系统的负荷计算：太阳能水量的选取按照平均日用水量。

2）集热器面积计算：

采用平均日用水量作为设计水量，集热器采用U型真空管。

Qw——日均热水用水量，L（可按最高日用水量的下限取值）；

Cw——水的定压比热容，4.187kJ/kg·℃；

tend——储水箱内水的终止温度，℃；

ti——水的初始温度，℃（与JT取值相同月份的冷水平均温度）；取15℃

f——太阳能保证率，无量纲（0.4～0.8）；取0.40

根据系统使用期内的太阳辐照量、系统的经济性及用户要求等因素综合考虑后确定。

ρ——水的密度，0.9832kg/L；

JT——当地春分、秋分所在月（春、秋季使用）或冬至所在月（冬季使用）集热器采光面上月均日辐照量，kJ/m2·d；

取秋分所在月的平均值，确定为12690 kJ/m2·d）

ηcd——集热器全日集热效率，无量纲；

根据国家标准取值0.46 ～ 0.55。取0.5

ηL——管路及储水箱热损失率，无量纲；

根据经验取值0.2 ～ 0.3。因本系统管道较长取最大值0.30

综合楼用水量数据代入公式（3.4-1）：

（3）行政教学综合大楼合设一套太阳能热水系统。

根据工程屋面实际情况，综合楼集热器面积设置435平方米。理论上能加热（15度冷水加热至60度热水）热水32.2吨。

ΔQ save= Ac×JT（1-ηL） η cd=435×12690×0.5×（1-0.3）=1932052.5KJ。

加热40.17吨热水实际需Q=36900×4.187×（60-15）=7568630 KJ

利用太能阳产生的生活热水占建筑生活热水用水量的百分比（X）：

X =ΔQ save /Q=1932052.5/7568630 =25.5%

显然满足《绿色建筑评价标准》 GB/T 50378—2006 [2]第5.2.18 条优选项“根据当地气候和自然资源条件，充分利用太阳能、地热能等可再生能源，可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的10%”的规定。

3.5太阳能热水利用的经济技术比较

3.5.1直接运行费用估算

运营电耗 ：太阳能热循环泵2.2KW，晴天每天运行4小时，每年系统运行146天的电费约为1200元。

3.5.2效益分析

相对于常规热水系统，太阳热水系统在寿命期内消费的特点是初期投资大而运行费用低。运行费用低，则是因为充分利用太阳能提供生活热量而减少了常规能源的消耗。

一、主要计算参数

1.太阳能辐照量：12.69MJ/m2·d

2. 燃气燃值35.544MJ/ m3

3. 天燃气价格：4.45 元/ m3，折算后0.125元/MJ

4. 太陽能设计使用寿命：15年

本项目太阳能集热面积为 435m2 。

二、寿命期内太阳热水系统总节省费用的预评估

1. 太阳供热系统的年节能量

Δ save=365×Ac×JT（1-ηL） η cd

式中：

Δ save 太阳热水系统的节能量，MJ

Ac--系统的太阳集热器面积，435m2

JT--太阳集热器采光表面上的年平均日太阳辐照量，取 12.69MJ/m2·d

ηcd--太阳集热器的全日集热效率，取 50%.

ηL--管路和水箱的热损失率，取30%。