謝 慧 李曉林 郝 斌 陸元元

居住建筑集中式太陽能生活熱水工程綜合評(píng)價(jià)及應(yīng)用建議

謝 慧1李曉林1郝 斌2陸元元2

（1.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院 北京 100083；2.深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司 深圳 518049）

基于系統(tǒng)能量平衡為原理的Solar-Bus法，研究比較了多個(gè)中國居住建筑集中式太陽能生活熱水（SDHW）工程系統(tǒng)的年動(dòng)態(tài)熱性能。工程評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果顯示，提升住宅SDHW系統(tǒng)熱性能需要重視降低系統(tǒng)熱損失，住宅集中集熱-分散輔熱（CCDAH）系統(tǒng)表現(xiàn)出比集中集熱-集中輔熱（CCCAH）系統(tǒng)更好的熱性能。住宅系統(tǒng)熱性能季節(jié)差異明顯，冬季熱性能較差。相較而言，學(xué)生宿舍SDHW系統(tǒng)具有較好的熱性能，需要進(jìn)一步研究。經(jīng)濟(jì)性分析表明，輔助能源影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，學(xué)生宿舍SDHW系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于住宅。中國居住建筑SDHW系統(tǒng)的推廣應(yīng)用需要提升整體熱性能以及探尋適宜的應(yīng)用場景。

集中式太陽能生活熱水系統(tǒng)；居住建筑；熱性能；經(jīng)濟(jì)性分析

0 引言

目前，化石燃料是制備熱水的主要能源，為了避免或減少它們對(duì)環(huán)境的不利影響，確定替代能源非常重要[1]。太陽能光熱作為最具成本效益的可再生能源技術(shù)之一，在全球擁有巨大的市場潛力[2]。截止2014年，中國（289.5GWth）和歐洲（47.5GWth）占全球太陽能熱利用市場的82.1%[3]。在中國，太陽能利用對(duì)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義[4]，中國在太陽能資源方面具有巨大的潛力[5]。

近年來，研究人員在太陽能生活熱水（SDHW）系統(tǒng)性能方面做了大量工作。一部分研究表明SDHW技術(shù)有較好的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性[7][6-8]，英國一項(xiàng)模擬北方氣候下的SDHW系統(tǒng)潛力的研究表示如果能源需求和可用性相匹配，太陽能貢獻(xiàn)高達(dá)34%[9]，希臘一項(xiàng)對(duì)使用了30年（1978年至2007年）的SDHW系統(tǒng)的研究[10]顯示，安裝SDHW系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能和減少溫室氣體排放有顯著效果。另外，許多研究通過實(shí)驗(yàn)或模擬SDHW系統(tǒng)熱性能研究其影響因素，Tang等人[11]實(shí)驗(yàn)研究了傾斜角度對(duì)于系統(tǒng)熱性能的影響，Mohamed等人[12]模擬研究了集熱回路流速對(duì)系統(tǒng)熱性能以及經(jīng)濟(jì)性的影響，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。還有一些研究通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SDHW系統(tǒng)的熱性能進(jìn)行測試，歐洲的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)大量太陽能生活熱水系統(tǒng)進(jìn)行了測試和評(píng)估[13]，Zhang等人[14]采用中國標(biāo)準(zhǔn)測試了100多個(gè)真空管太陽能系統(tǒng)性能。這些研究通常根據(jù)特定的測試條件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測試，如歐洲的ISO 9806（2013）標(biāo)準(zhǔn)[15]或美國的ASHRAE 93（2010）標(biāo)準(zhǔn)[16]，中國根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50801-2013）[17]對(duì)SDHW系統(tǒng)進(jìn)行測試評(píng)價(jià)。這些測試可以在模擬太陽能或真實(shí)太陽能條件下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)檢測。然而，它們并未考慮現(xiàn)實(shí)熱水需求對(duì)整個(gè)系統(tǒng)效率的影響[18]，以上熱性能研究大部分都是在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的[19]或設(shè)定熱水需求曲線來確定SDHW系統(tǒng)效率[20]。

中國目前的SDHW系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中太陽能保證率是重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，調(diào)查顯示，中國各省太陽能光熱建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目全年太陽能保證率普遍在60%左右，其中太陽能保證率在50%以上的地區(qū)占86%[21]，但中國市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)SDHW系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中仍然存在較多問題，用戶、開發(fā)商以及工程建設(shè)方對(duì)于SDHW系統(tǒng)使用評(píng)價(jià)不高[22,23]。有研究指出，中國目前的SDHW系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中針對(duì)集熱系統(tǒng)熱性能，而未對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的熱性能進(jìn)行考量，因此難以對(duì)工程實(shí)際運(yùn)行狀況和節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]。彭琛，郝斌等人[24]提出SDHW系統(tǒng)的新評(píng)價(jià)方法——Solar-Bus法，該方法構(gòu)建SDHW系統(tǒng)的熱性能狀況的新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文基于該方法在真實(shí)的熱水需求下全面地評(píng)估中國多個(gè)氣候區(qū)運(yùn)行期間的居住建筑集中式SDHW工程，堅(jiān)持“以實(shí)際運(yùn)行能耗為導(dǎo)向”[25]，從而反映系統(tǒng)中輔助能源真實(shí)消耗水平和太陽能的實(shí)際利用情況，也間接反映系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果的好壞[26]。

1 工程案例概況

本文調(diào)研的6個(gè)SDHW系統(tǒng)工程分布在北京、天津、寧夏、廣東、上海5個(gè)省份，包括3個(gè)氣候區(qū)：寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)以及夏熱冬暖地區(qū)，包括5個(gè)住宅SDHW工程以及1個(gè)學(xué)生宿舍SDHW工程。

1.1 住宅SDHW工程

集中式SDHW系統(tǒng)將太陽能集熱器集中、統(tǒng)一規(guī)劃安裝于建筑物屋面部分，根據(jù)《民用建筑太陽能生活熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50364-2018）[27]，按照輔助能源的加熱方式可以分為兩種系統(tǒng)形式：集中輔助加熱系統(tǒng)以及分散輔助加熱系統(tǒng)。集中集熱-集中輔熱（CCCAH）系統(tǒng)是指太陽能集熱器、貯熱水箱、輔助加熱設(shè)備全部集成化，然后將熱量分配至各用水終端的SDHW系統(tǒng)；集中集熱-分散輔熱（CCDAH）系統(tǒng)是指供熱水箱、輔助加熱系統(tǒng)按終端用戶為單位獨(dú)立設(shè)置的SDHW系統(tǒng)。

本文調(diào)研的住宅SDHW工程系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。其中，CCCAH系統(tǒng)規(guī)模相對(duì)較大，其集熱面積均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CCDAH系統(tǒng)，如表2所示。北京與深圳CCCAH系統(tǒng)的用戶遠(yuǎn)多于其他系統(tǒng)。從戶均集熱面積上來看，CCDAH系統(tǒng)則相對(duì)較高。尤其是深圳工程為26層高層建筑，盡管該系統(tǒng)總集熱面積最大，戶均集熱面積反而最小。

注：集中-分散（集中集熱-分散輔熱）系統(tǒng)的供熱水箱為戶內(nèi)水箱。

1.2 學(xué)生宿舍SDHW工程

上海某學(xué)生宿舍SDHW系統(tǒng)配有數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺(tái)，該系統(tǒng)采用玻璃熱管式集熱器，集熱面積為230m2，置于屋頂。二層裙樓樓頂設(shè)置有貯熱水箱和恒溫供熱水箱，貯熱水箱容積為12m3，供熱水箱容積為6.75m3。集熱水箱由三臺(tái)制熱量為36kW的空氣源熱泵輔助加熱，供熱水箱由9kW的電伴熱輔助加熱。

學(xué)生宿舍共六層，系統(tǒng)采用CCCAH系統(tǒng)，供450人左右洗浴用水，定時(shí)供水時(shí)間為15:00～22:45，供水溫度為50～52℃。監(jiān)測系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

2 熱性能評(píng)價(jià)方法

本文采用Solar-Bus法對(duì)SDHW系統(tǒng)進(jìn)行熱性能評(píng)價(jià)，該方法基于系統(tǒng)的能量平衡，故命名為Solar Balance of Use and Supply法，簡稱為Solar-Bus法。

Solar-Bus法首先分析系統(tǒng)的能量來源和去向，能量輸入包括集熱系統(tǒng)得熱量和輔助能源加熱量兩項(xiàng)，能量輸出包括用戶用熱量和系統(tǒng)散熱量，如圖2所示。

圖2 太陽能生活熱水系統(tǒng)能量平衡

根據(jù)“兩進(jìn)兩出”能量平衡關(guān)系，以上四部分能量滿足：

其次，該方法構(gòu)建新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[21]，如表3所示。其中包括能夠唯一刻畫SDHW系統(tǒng)熱性能狀況的三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和一個(gè)節(jié)能效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中兩個(gè)指標(biāo)已寫入《民用建筑綠色性能計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 449-2018）[28]。

表3 Solar-Bus法評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

續(xù)表3 Solar-Bus法評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

最后，該方法提出對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系所需四部分能量的測算方法[24]。測算方法從現(xiàn)有追蹤太陽能、主要關(guān)注集熱側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)樽粉櫝Ｒ?guī)能源，主要關(guān)注用熱側(cè)。同時(shí)從現(xiàn)有短期檢測為主轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期監(jiān)測（全年模擬）整個(gè)系統(tǒng)熱量狀況，更接近實(shí)際地反映系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中的熱性能和能耗水平[24]。各工程測算數(shù)據(jù)來源如表4所示。

表4 工程測算數(shù)據(jù)來源

3 熱性能評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

由于以上SDHW工程的系統(tǒng)形式、大小以及運(yùn)行情況存在較大差異，為了便于進(jìn)行系統(tǒng)熱性能的橫向?qū)Ρ?，本文以最終用戶的熱耗為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)四部分能量進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。在標(biāo)準(zhǔn)化過程中，最終用戶的熱耗設(shè)定為100，標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果如表5所示。

表5 系統(tǒng)運(yùn)行能耗結(jié)果

注：北京、銀川1、銀川2太陽能生活熱水系統(tǒng)在冬季部分時(shí)間關(guān)閉。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行階段評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果

圖3顯示了各系統(tǒng)全年運(yùn)行階段的評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果，綜合分析各指標(biāo)結(jié)果可以看出：

（1）北京和深圳CCCAH系統(tǒng)太陽能貢獻(xiàn)率、太陽能有效利用率為負(fù)值，系統(tǒng)熱損比與噸熱水能耗較其他系統(tǒng)明顯偏高。這兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行期間系統(tǒng)熱損失相當(dāng)嚴(yán)重，散熱量甚至高于集熱量。其中，深圳系統(tǒng)由于屋頂被大量的管道、水箱、水泵、輔助熱源等占據(jù)，可安裝集熱板的面積非常小，戶均集熱面積約0.66m2，集熱面積不足導(dǎo)致消耗大量的輔助熱源，其噸熱水能耗在全部系統(tǒng)中最高。

（2）天津、銀川1與銀川2住宅CCDAH系統(tǒng)較CCCAH系統(tǒng)有更好的熱性能表現(xiàn)，銀川1太陽能貢獻(xiàn)率最高，然而其系統(tǒng)熱損比偏高。銀川2系統(tǒng)熱性能整體表現(xiàn)更為平穩(wěn)，天津系統(tǒng)太陽能貢獻(xiàn)率與太陽能有效利用率相對(duì)較低，噸熱水能耗較高。

（3）上海學(xué)生宿舍系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)相比，其太陽能貢獻(xiàn)率與太陽能有效利用率最高，該系統(tǒng)的噸熱水能耗遠(yuǎn)低于住宅系統(tǒng)。

3.1 太陽能貢獻(xiàn)率

圖4顯示了各系統(tǒng)的太陽能貢獻(xiàn)率的全年變化趨勢，冬季的太陽能貢獻(xiàn)率明顯低于其他季節(jié)。住宅CCDAH系統(tǒng)在太陽能貢獻(xiàn)率這一指標(biāo)上較CCCAH系統(tǒng)表現(xiàn)好，其中銀川1系統(tǒng)戶均集熱面積遠(yuǎn)高于其他系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的集熱量有效滿足用戶用熱，該系統(tǒng)太陽能貢獻(xiàn)率較高。天津系統(tǒng)在一月和十二月太陽能貢獻(xiàn)率出現(xiàn)負(fù)值，該系統(tǒng)冬季熱損失較大。而對(duì)于住宅CCCAH系統(tǒng)，只有在夏季才真正做到為用戶提供熱量。

上海學(xué)生宿舍系統(tǒng)太陽能貢獻(xiàn)率在二月驟減，出現(xiàn)負(fù)值。這是由于二月份為學(xué)校寒假，全月用水量僅有13噸。因此，集熱量被大量浪費(fèi)，同時(shí)仍需提供輔助能源保證留校學(xué)生在系統(tǒng)有效集熱時(shí)間段外的用水需求。除二月份外，該系統(tǒng)其他月份的太陽能貢獻(xiàn)率均高于0.5。七八月份暑假期間的用水量也有所下降，故七八月份較夏季其他月份的太陽能貢獻(xiàn)率要小。因此，對(duì)于學(xué)生宿舍系統(tǒng)，假期用水量變化對(duì)于太陽能貢獻(xiàn)率的影響要明顯大于季節(jié)因素。

圖4 系統(tǒng)年度太陽能貢獻(xiàn)率

3.2 太陽能有效利用率

圖5 系統(tǒng)年度太陽能有效利用率

圖5顯示了各系統(tǒng)的太陽能有效利用率的年度動(dòng)態(tài)變化。住宅CCCAH系統(tǒng)的太陽能有效利用率這一指標(biāo)在夏季表現(xiàn)良好。住宅CCDAH系統(tǒng)中，天津系統(tǒng)冬季的太陽能有效利用率下降趨勢較為顯著，盡管銀川1系統(tǒng)的太陽能集熱量過大，遠(yuǎn)大于用戶需求熱量，散熱損失偏大，因此太陽能有效利用程度反而較銀川2系統(tǒng)低。

上海學(xué)生宿舍系統(tǒng)的太陽能有效利用率同樣在寒暑假期間有所下降，在十一月以及十二月的太陽能有效利用率較高，這意味著太陽能集熱量被真正利用的比例較高，系統(tǒng)散熱比例較小。一方面該系統(tǒng)為定時(shí)供水，有效減少全天候循環(huán)帶來的熱損失；另一方面該系統(tǒng)夏季未被利用的集熱量散失大于該系統(tǒng)十一月、十二月的循環(huán)散熱損失，因此十一月與十二月太陽能有效利用部分比例反而較高。

3.3 系統(tǒng)熱損比

圖6 系統(tǒng)年度系統(tǒng)熱損比

圖6顯示各系統(tǒng)全年系統(tǒng)熱損比的全年動(dòng)態(tài)變化情況。住宅CCCAH系統(tǒng)熱損比全年波動(dòng)較大，夏季系統(tǒng)熱損比明顯降低，而冬季熱損比遠(yuǎn)大于CCDAH系統(tǒng)。一方面，由于CCDAH系統(tǒng)只需通過末端輔熱保證用戶用水溫度，而CCCAH系統(tǒng)需要維持水箱最低溫度，由輔助能源集中加熱熱水后進(jìn)行輸配，高溫流體散熱導(dǎo)致的管路散熱量更大[29]。另一方面，兩個(gè)住宅CCCAH系統(tǒng)均為24小時(shí)循環(huán)運(yùn)行，造成系統(tǒng)熱損失嚴(yán)重。上海學(xué)生宿舍系統(tǒng)熱損比小于住宅系統(tǒng)，該系統(tǒng)除寒暑假外的其他月份的系統(tǒng)熱損比均低于0.8。

3.4 噸熱水能耗

圖7 系統(tǒng)年度噸熱水能耗

若居民采用電加熱將一噸水加熱30℃，噸熱水能耗約為35kWh/m3。圖7顯示，住宅CCCAH系統(tǒng)的冬季噸熱水能耗超過40kWh/m3，夏季噸熱水能耗則明顯降低。系統(tǒng)熱性能表現(xiàn)顯著影響噸熱水能耗，深圳系統(tǒng)噸熱水能耗在全部系統(tǒng)中最高。CCDAH系統(tǒng)中，天津系統(tǒng)冬季噸熱水能耗偏高，銀川1和銀川2系統(tǒng)全年逐月噸熱水能耗均低于30kWh/m3，系統(tǒng)節(jié)能效果較好。

上海學(xué)生宿舍系統(tǒng)全年噸熱水能耗波動(dòng)較小，在寒暑假期間該系統(tǒng)需要避免系統(tǒng)“大馬拉小車”而導(dǎo)致熱水能耗偏高。其他月份噸熱水能耗均小于10kWh/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于住宅系統(tǒng)。一方面，綜合其他評(píng)價(jià)指標(biāo)可以看出該系統(tǒng)熱性能表現(xiàn)更好，另一方面，該系統(tǒng)采用空氣熱源熱泵作為輔助能源，節(jié)能效果更為顯著。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

考慮到SDHW系統(tǒng)的壽命期為13年[30]，根據(jù)調(diào)研，平板集熱器系統(tǒng)為1200～2000元/m2，真空管集熱器為800～1200元/m2，系統(tǒng)初投資考慮以及各地區(qū)居民電價(jià)和天然氣價(jià)格如表6所示。

表6 各系統(tǒng)初投資以及能源價(jià)格

左：實(shí)際太陽能熱水系統(tǒng)，中：住宅電熱水器，右：住宅燃?xì)鉄崴?/p>

2007年，中國電熱水器和燃?xì)鉄崴髟跓崴魇袌龇蓊~分別為42.3%和19.2%[31]。若以上住宅居民采用電或燃?xì)鉄崴髦苽錈崴?，根?jù)我國《家用電器安全使用年限細(xì)則》，電和燃?xì)鉄崴鞯陌踩褂媚晗薹謩e為5年和8年。電熱水器和燃?xì)鉄崴鞒跏纪顿Y分別為560元和833元，它們的熱效率分別為98%和84%[5]。當(dāng)加熱一噸水溫升為30℃，則電熱水器耗電35.71kWh，燃?xì)鉄崴骱臍饬繛?.17m3。圖8顯示了SDHW系統(tǒng)以及住宅使用電、燃?xì)鉄崴鲿r(shí)的噸熱水初投資以及能源成本的結(jié)果。

除深圳系統(tǒng)以外的其他住宅SDHW系統(tǒng)初投資明顯高于電、燃?xì)鉄崴?。?duì)于SDHW系統(tǒng)而言，一定程度上來看，初投資成本提高，則能源成本降低，如銀川1系統(tǒng)。SDHW系統(tǒng)噸熱水能源成本較高的主要原因是由于熱性能表現(xiàn)不佳，其噸熱水能源成本介于電熱水器與燃?xì)鉄崴鲀烧咧g。由于加熱一噸水溫升為30℃時(shí)，由上述耗電量和耗氣量以及各地電價(jià)和燃?xì)鈨r(jià)格可知，電費(fèi)為17.4～24.3元，而燃?xì)赓M(fèi)為6.8～15.4元。因此，盡管采用燃?xì)庾鳛橹苽錈崴哪茉床]有節(jié)能效果，但具有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。北京系統(tǒng)采用燃?xì)庾鳛檩o助能源，其噸熱水能耗偏高，但噸熱水能源成本甚至低于天津與銀川2系統(tǒng)。

上海學(xué)生宿舍系統(tǒng)噸熱水能源成本具有顯著優(yōu)勢，盡管空氣源熱泵的應(yīng)用增加了該系統(tǒng)的初投資，但是由于該系統(tǒng)熱性能表現(xiàn)較好，大大降低了噸熱水能耗，且熱泵的應(yīng)用顯著減少系統(tǒng)電耗，從而降低了系統(tǒng)能源成本。

以上經(jīng)濟(jì)性分析不考慮運(yùn)維成本，結(jié)果顯示，輔助能源形式對(duì)于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性影響較大，且學(xué)生宿舍SDHW系統(tǒng)較住宅系統(tǒng)有顯著的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。

5 居住建筑SDHW系統(tǒng)應(yīng)用建議

大多數(shù)居住建筑SDHW系統(tǒng)在設(shè)計(jì)以及運(yùn)行上存在較大的提升空間。針對(duì)本文調(diào)研的居住建筑SDHW工程應(yīng)用評(píng)價(jià)中反映的應(yīng)用問題，提出以下幾點(diǎn)應(yīng)用建議：

首先，重視控制SDHW系統(tǒng)散熱量?？傮w來看，以上居住建筑SDHW系統(tǒng)中季節(jié)評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果差異性明顯，夏季熱性能整體表現(xiàn)較冬季更好。但CCCAH系統(tǒng)全年系統(tǒng)熱損失都相當(dāng)嚴(yán)重，由于系統(tǒng)熱損失將直接影響系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際工程必須保證甚至加強(qiáng)規(guī)范的系統(tǒng)水箱與管路保溫措施，這對(duì)于冬季使用SDHW系統(tǒng)具有重要意義。若保溫措施無法避免冬季系統(tǒng)熱損失偏大，應(yīng)考慮在運(yùn)行效果較差的冬季不運(yùn)行使用SDHW系統(tǒng)。

其次，對(duì)于輔助能源的選擇應(yīng)綜合考慮。第一，在以上住宅工程中，CCDAH系統(tǒng)全年具有更好的熱性能。因此在進(jìn)行SDHW系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，輔助能源位置可結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)先選擇CCDAH系統(tǒng)；第二，在熱性能表現(xiàn)良好的情況下，學(xué)生宿舍采用空氣源熱泵作為輔助能源，取得顯著節(jié)能效果。因此，輔助能源的能源形式在一定程度上能夠提高系統(tǒng)節(jié)能效果，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇熱泵作為輔助能源；最后，成本是影響用戶對(duì)SDHW系統(tǒng)認(rèn)可度的重要因素，考慮輔助能源的價(jià)格因素，輔助能源采用燃?xì)廨^采用電力具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

第三，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略。住宅集中式SDHW系統(tǒng)循環(huán)管道較長，尤其是CCCAH系統(tǒng)，若采用24小時(shí)的運(yùn)行策略將加重循環(huán)管路熱損失問題。因此，應(yīng)重視系統(tǒng)運(yùn)行策略，減少非必需的熱水循環(huán)，減少供水循環(huán)時(shí)間，從而降低系統(tǒng)熱損失。

最后，探尋居住建筑SDHW系統(tǒng)的適宜應(yīng)用場景。中國居住建筑逐漸往高層建筑發(fā)展，與獨(dú)立住宅不同，這些建筑能夠布置太陽能集熱器的屋頂空間是有限的。本文調(diào)研住宅工程樓層較高且一梯多戶，用水點(diǎn)分散，循環(huán)管道較長，這是住宅SDHW系統(tǒng)未能有效利用太陽能，替代常規(guī)能源的主要問題。相較而言，學(xué)生宿舍系統(tǒng)熱性能表現(xiàn)較好，全年太陽能貢獻(xiàn)率與太陽能有效利用率均超過50%，系統(tǒng)熱損比較小。這是由于學(xué)生宿舍集中浴室的熱水需求在時(shí)間和空間上相對(duì)集中，即在集中時(shí)段有穩(wěn)定且較大的熱水需求，同時(shí)系統(tǒng)循環(huán)管路簡單，用水點(diǎn)集中。總而言之，對(duì)于集中式SDHW系統(tǒng)在居住建筑中的應(yīng)用，應(yīng)從需求上尋找適宜的應(yīng)用場景，從而發(fā)揮太陽能的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性。需要說明的是，本文僅對(duì)上海學(xué)生宿舍SDHW系統(tǒng)開展研究，仍需更多的同類型案例來佐證學(xué)生宿舍在居住建筑SDHW系統(tǒng)中具有應(yīng)用潛力這一結(jié)論。

6 結(jié)論

住宅SDHW系統(tǒng)存在較大的季節(jié)性差異，冬季系統(tǒng)熱損失較為嚴(yán)重，因此系統(tǒng)熱性能較差。而系統(tǒng)熱損失與輔助能源位置以及系統(tǒng)運(yùn)行策略密切相關(guān)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)先選擇CCDAH系統(tǒng)，并采取合理的運(yùn)行策略。此外，輔助能源形式與價(jià)格顯著影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。學(xué)生宿舍SDHW系統(tǒng)熱性能以及經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于住宅SDHW系統(tǒng)，學(xué)生宿舍集中浴室的用水需求在時(shí)間和空間上都相對(duì)集中，這對(duì)于提升SDHW系統(tǒng)熱性能和經(jīng)濟(jì)性非常有利。因此，未來SDHW系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)從需求上尋找適宜的應(yīng)用場景，從而提高SDHW系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

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Comprehensive Evaluation and Suggestions of Centralized Solar Domestic Hot Water Projects for residential buildings in China

Xie Hui1Li Xiaolin1Hao Bin2Lu Yuanyuan2

( 1.School of civil and resource engineering, university of science and technology Beijing, Beijing, 100083;2.Shenzhen Institute of Building Research Co., Ltd, Shenzhen, 518049 )

Based on the evaluation method which is based on energy balance of system, this paper studied and compared the annual dynamic thermal performance of several centralized solar domestic hot water (SDHW) systems in residential buildings in China. The evaluation index results of these projects show that it is necessary to pay attention to reducing the heat loss of the system to improve the thermal performance of SDHW systems in dwellings. The centralized-collector/distributed–auxiliary-heating (CCDAH) systems show better thermal performance than centralized-collector/centralized-auxiliary-heating (CCCAH) systems. In general, the thermal performance of the system in dwelling varies significantly in seasons, and the thermal performance in winter is poor. Relatively speaking, the SDHW system of student dormitory has better thermal performance, which needs further research. The economic analysis shows that auxiliary energy affects system economy, and the student dormitory SDHW system is significantly more economical than the system in dwelling. The promotion and application of SDHW system in residential buildings in China needs to improve the overall thermal performance of the system and explore suitable application scenarios to improve the market competitiveness of SDHW in residential buildings.

centralized solar domestic hot water system; residential building; thermal performance; economic analysis

TU83

B

1671-6612（2019）05-530-08

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“可再生能源綠色建筑領(lǐng)域應(yīng)用效果研究”（2016YFC0700104）

謝 慧（1977-），女，博士，副教授，E-mail：xiehui20000@ustb.edu.cn

郝 斌（1974-），男，博士，教授級(jí)高工，E-mail：haobin@ibrcn.com

2019-06-10