張舉 ,程海峰 ,趙曉康
(安徽建筑大學(xué),安徽 合肥 230022)
應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù),不會對環(huán)境造成污染,有利于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提高能源利用率,有利于我國建筑節(jié)能技術(shù)的開展,同時可以實現(xiàn)綠色發(fā)展和節(jié)能減排。為了總結(jié)現(xiàn)有經(jīng)驗,需要對既有太陽能建筑的應(yīng)用效果進(jìn)行能效測評,得到其實際應(yīng)用效果,從而可以更好的推廣和普及太陽能熱水系統(tǒng)。
該工程示范項目位于安徽省六安市霍山縣?;羯娇h位于地理經(jīng)度東經(jīng) 115°52'~115°32'緯度北緯31°03'~31°33'之間。年平均日照時數(shù)為 1843.6h,日照百分率為41%左右,年平均太陽輻射總量為4300MJ/m2[1]。
項目總建筑面積3.07703萬m2,總投資約7028萬元。屬于新建建筑,采用太陽能集熱及空氣源熱泵熱水系統(tǒng),為約300間病房提供生活熱水,空氣源熱泵主機(jī)、熱水保溫水箱及集熱器均置于屋頂。本工程實際安裝集熱面積為436m2,真空管為Φ58-1800mm-50型集熱器,每組采光面積為7.79m2,共56組。項目外觀見圖1。
圖1 項目所在地外觀
太陽能系統(tǒng)工作原理:集熱器將光能轉(zhuǎn)化成熱能,將太陽能導(dǎo)熱液加熱,通過熱虹吸作用,循環(huán)加熱。本項目采用真空管聯(lián)箱太陽能熱水系統(tǒng),水箱容積60m3,安裝在樓面,采用空氣源熱泵機(jī)組輔助加熱,為病房提供生活熱水。
本項目的設(shè)計主要遵循以下原則。
①優(yōu)先和充分利用太陽能的原則:最大化利用太陽能,符合國家政策和經(jīng)濟(jì)型要求。
②因地制宜的原則:最大限度的依據(jù)該建筑條件和設(shè)備,達(dá)到建筑一體化。
③因地制宜的原則:最大限度的依據(jù)該建筑條件和設(shè)備,達(dá)到建筑一體化。
④節(jié)能的原則:水路設(shè)計、控制設(shè)計、設(shè)備設(shè)計盡可能完美、節(jié)能。
⑤實用和個性設(shè)計:在充分滿足用戶的要求下,達(dá)到規(guī)范設(shè)計。
《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50801-2013)[2];
《太陽能熱水系統(tǒng)性能評定規(guī)范》(GB/T 20095)[3];
《安徽省霍山縣可再生能源建筑應(yīng)用示范項目申報書》;
該示范項目設(shè)計資料、竣工圖紙、驗收資料、運行調(diào)試資料。
依據(jù)《太陽能熱水系統(tǒng)性能評定規(guī)范》、《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求,本項目太陽能空氣能熱泵熱水系統(tǒng)安裝工程的測評內(nèi)容包括形式檢查、系統(tǒng)性能檢測和系統(tǒng)能效評估三部分:
通過查看項目相關(guān)資料同時結(jié)合現(xiàn)場實際情況可知:本項目按照申報書的施工進(jìn)度進(jìn)行,同時增量成本保持與申報書一致;本項目的系統(tǒng)基本檢查、系統(tǒng)運行情況檢查以及系統(tǒng)實施量檢查均按照申報書進(jìn)行實施,保持與申報書一致。因此,形式檢查結(jié)果滿足要求。
系統(tǒng)性能檢測包括環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速、集熱器面積、貯熱水箱水溫起始溫度與結(jié)束溫度、貯熱水箱有效容積、太陽能集熱器采光面上的太陽能輻照量、開始時貯熱水箱內(nèi)水溫度、結(jié)束時貯熱水箱內(nèi)水溫度、貯熱水箱附近環(huán)境溫度等[4];檢測儀器見圖2~圖5。
圖2 可再生能源建筑應(yīng)用測評監(jiān)測裝置
圖3 太陽輻射的總輻射表
圖4 環(huán)境溫度的溫度采集器
圖5 水箱內(nèi)水溫度的溫度傳感器
系統(tǒng)性能檢測結(jié)果見表1、表2:
系統(tǒng)性能檢測結(jié)果 表1
系統(tǒng)性能檢測結(jié)果2 表2
3.3.1 全年加權(quán)太陽能保證率
依據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50801-2013)[2]附表C《我國主要城市太陽輻照量分段統(tǒng)計》,當(dāng)?shù)厝仗栞椪樟看笥?6MJ/m2的天數(shù)為104天,介于12MJ/m2到16MJ/m2之間的為64天,介于8MJ/m2到12MJ/m2的為69天,小于8MJ/m2128天;
全年太陽能保證率η全年按照按公式1[2]計算:
本項目當(dāng)日太陽能保證率測試結(jié)果如下:f1=20.17%、f2=36.03%、f3=52.44%、f4=50.44%;天數(shù)(X1、X2、X3、X4)采用上述《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50801-2013)內(nèi)的規(guī)定數(shù)值;經(jīng)計算,該項目全年太陽能保證率為50.44%。
3.3.2 系統(tǒng)集熱效率
集熱系統(tǒng)效率按照按公式2計算[2]:
本項目當(dāng)日實測集熱系統(tǒng)效率結(jié)果:η1=45.56%、η2=46.2%、η3=45.8%、η4=46.54%;天數(shù)(X1、X2、X3、X4)采用上述《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013內(nèi)的規(guī)定數(shù)值;經(jīng)計算,該項目系統(tǒng)集熱效率為46.0%。
3.3.3 常規(guī)能源替代量
集熱系統(tǒng)當(dāng)?shù)厝仗栞椪樟棵科矫仔∮?MJ的得熱量為Q1,介于8MJ到12MJ之間的得熱量為Q2,介于12MJ到16MJ之間的得熱量為Q3,大于16MJ的得熱量為Q4;
全年常規(guī)能源替代量A按按公式3計算[2]:
本項目當(dāng)日計算集熱系統(tǒng)得熱量結(jié)果如下:Q1=1143.580MJ、Q2=2042.923MJ、Q3=2973.554MJ、
Q4=5446.020MJ;天數(shù)(X1、X2、X3、X4)采用上述《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50801-2013)內(nèi)的規(guī)定數(shù)值;經(jīng)計算,該項目全年常規(guī)能源替代量為59.37t標(biāo)準(zhǔn)煤。
3.3.4 項目費效比(增量成本/常規(guī)能源替代量)(元/kWh)
根據(jù)項目申報書可知,太陽能熱水部分的增量成本Czr約為57.4萬元。
該項目滿負(fù)荷投入運行后,全年常規(guī)能源替代量為59.37t標(biāo)準(zhǔn)煤,標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為q:29.307MJ/kg,系統(tǒng)壽命N按15年計算,項目費效比按公式4計算[2]:
經(jīng)計算,項目費效比為0.08元/kWh。
3.3.5環(huán)境效益
①CO2年減排量按以按公式5計算[2]:
②SO2年減排量按以按公式6計算[2]:
③粉塵減年排量按以按公式7計算[2]:
Qbm為標(biāo)準(zhǔn)煤節(jié)約量,單位:噸/年;計算結(jié)果見表3:
環(huán)境效益計算表 表3
該項目的二氧化碳減排量為146.64噸/年,二氧化硫減排量為1.18噸/年,粉塵減排量為0.59噸/年。
3.3.6 每年節(jié)約的費用、靜態(tài)投資回收年限
由前面計算結(jié)果可知,本項目的全年常規(guī)能源替代量A為59.37t。根據(jù)六安市發(fā)改委公布,商業(yè)用氣價格為3.3元/m3,換算成常規(guī)能源價格P為0.3元/kWh。太陽能熱水系統(tǒng)每年的運維成本Mr約為2萬元。每年節(jié)約的費用按照按以按公式8計算[2]:
則該項目每年節(jié)約的費用為12.49萬元。
根據(jù)項目申報書該項目實際總投資為57.4萬元以及節(jié)能效益評估得到的年節(jié)約費用12.49萬元,計算得到項目的靜態(tài)投資回收年限:57.4/12.49=4.75年。
該項目的每年節(jié)約的費用為12.49萬元,靜態(tài)投資回收年限為4.75年。
通過對霍山某醫(yī)院太陽能熱水系統(tǒng)能效測評結(jié)果分析可知,系統(tǒng)總體上具有良好的節(jié)能減排效益和示范推廣性。
①該項目全年太陽能保證率為50.44%,太陽能部分可提供能量占系統(tǒng)總用能的一半。
②該項目的二氧化硫年減排量為1.18t,二氧化碳年減排量為146.64t,粉塵減年排量為0.59t,有力地促進(jìn)了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會;
③該項目全年常規(guī)能源替代量為59.37t標(biāo)準(zhǔn)煤,每年節(jié)約的費用為12.49萬元,靜態(tài)投資回收年限為4.75年。靜態(tài)投資回收年限合理,因而改項目具有良好的示范和推廣效應(yīng)。