劉 倩江 威

1.湖北神龍工程測試技術(shù)有限公司；2.武漢中科巖土工程技術(shù)培訓(xùn)有限公司

1 引言

目前，太陽能熱水系統(tǒng)作為一種積極的綠色節(jié)能方式，在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是隨著太陽能建筑一體化理念的出現(xiàn)，將太陽能與建筑的有機結(jié)合更是成為人們關(guān)注的重點。

在我國建筑中應(yīng)用的太陽能熱水系統(tǒng)主要包括集中-集熱供熱水系統(tǒng)、集中-分散供熱水系統(tǒng)及分散供熱水系統(tǒng)三種。其中，集中-集熱供熱水系統(tǒng)主要是安裝在屋頂或者屋體上，其儲熱水箱主要安裝在屋頂，加熱后的熱水主要存儲在儲熱水箱中，使用時只需開啟管道即可。集中-分散供熱水系統(tǒng)主要安裝在屋頂，采用各分戶水箱進行儲水，主要安裝在室內(nèi)或陽臺。分散式熱水系統(tǒng)，每個用戶具有獨立的集熱器、管道、加熱設(shè)備及其他控制元件等。

現(xiàn)有的太陽能熱水系統(tǒng)熱性能檢測依據(jù)的是《太陽能熱水系統(tǒng)性能評定規(guī)范》（GB/T 20095—2006）[1]，其采用日有用得熱量、升溫性能、貯水箱保溫性能等指標進行評定，評價體系較全面、數(shù)據(jù)精準，這是其優(yōu)點，其缺點是在檢測前提條件及計算較為復(fù)雜。

對北京地區(qū)太陽能熱水系統(tǒng)工程應(yīng)用情況深入研究基礎(chǔ)上，參考了《太陽熱水系統(tǒng)性能評定規(guī)范》（GB/T 20095—2006）相關(guān)檢測方法，《太陽能熱水系統(tǒng)施工技術(shù)規(guī)程》（DB11/T 461—2007）[2]規(guī)程中提出了“太陽能熱水系統(tǒng)熱性能快速檢測方法”。

為了檢驗“快速檢測方法”操作流程的實操可行性，比較“產(chǎn)熱水溫度”（無輔助熱源條件下的太陽能系統(tǒng)熱水溫度）設(shè)計計算值和測試值，分別對集中集熱-集中供熱水系統(tǒng)和集中集熱-分散供熱水系統(tǒng)分別進行了檢測驗證。本文選取其中的集中集熱-分散供熱水系統(tǒng)檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進行檢測分析驗證。

2 測試項目概況

（1）建筑特點：此項目為住宅建筑，總層高15層，一梯兩戶，2010年投入使用，被測單元入住率≥70%。

（2）集熱系統(tǒng)主要部件：平板太陽能集熱器，設(shè)計面積52m2/單元，立式水箱，設(shè)計容積，100升/戶，附帶有1m2換熱面積內(nèi)置盤管式換熱器和輔助電加熱器。

（3）系統(tǒng)日供熱水量：3000升/單元。

3 測試過程

3.1 測試步驟

（1）檢查確認戶置水箱中的輔助熱源處于關(guān)閉狀態(tài)。記錄水箱未進行任何測試操作前的溫度（水箱控溫儀表顯示水溫為65℃，見圖1所示）。

（2）使用便攜式液體測溫儀測試用戶家中自來水溫度，讀數(shù)為11.7℃。

（3）利用淋浴器持續(xù)排水，以實現(xiàn)將戶置水箱內(nèi)全部注入冷水。排水時長30min后，水箱控溫儀表顯示水箱溫度持續(xù)為16℃（見圖2所示），停止注水。

（4）正式測試晴好天氣的全天戶置水箱溫升，測試時間為10:00至17:25，（測試期間未使用熱水）。

（5）測試結(jié)束，讀取水箱控溫儀表顯示的日熱水終溫，讀取時間：17:25，數(shù)值為62℃（見圖3所示）。

圖1

圖2

圖3

（6）記錄測試結(jié)果，100升戶置貯熱水箱日溫升：

4 其他輔助測試

4.1 其他輔助測試

（1）用10L容量的量筒對在有一定渾水情況下的熱水終溫進行排水測溫操作，結(jié)果顯示，水箱控溫儀表顯示的日熱水終溫62℃與排水法檢測溫度56.9℃差值為5.1℃（見組圖4和表1所示）。

（2）測試日8:33至16:05時間段的平均環(huán)境溫度為7.79℃，太陽輻照量為19.46MJ/m2）?日，平均風(fēng)速為3.8m/s，太陽能輻照量及平均風(fēng)速采集設(shè)備見圖4、環(huán)境溫度檢測設(shè)備見圖5（測試數(shù)據(jù)見表2所示）。

表1 排水法量筒測量熱水終溫結(jié)果統(tǒng)計表（單位：℃）

表2 測試日附帶進行的環(huán)境溫度、輻照量和風(fēng)速測試統(tǒng)計表

圖4 太陽輻射測試

圖5 環(huán)境溫度測試

5 測試結(jié)果分析

5.1 測試數(shù)據(jù)分析

（1）根據(jù)3月中旬測試數(shù)據(jù)，測試用戶水箱初溫16℃，終溫62℃，水箱日溫升46℃。

（2）受已入住條件限制，未能實現(xiàn)系統(tǒng)所有住戶水箱用冷水置換，使得測試的熱水終溫高于實際可達到的溫度。原因是測試日前系統(tǒng)有部分其他用戶水箱儲熱量混入了循環(huán)，進行換熱。

（3）針對具備條件的竣工驗收系統(tǒng)，采用“快速檢測方法”規(guī)定操作流程，能夠獲得系統(tǒng)熱性能有效數(shù)據(jù)。

5.2 水箱終溫有效性分析

本項目水箱的水溫傳感器置于水箱頂部下方距頂部1/3處，該傳感器顯示水箱終溫為62℃。而使用排水法經(jīng)10次、每次10升放水得到的100升水溫平均值為56.9℃。傳感器顯示值和排水法測試值誤差為8.9%。綜合考慮到10次放水操作時有一定渾水影響，認為立式戶置水箱中按照目前條件布置水溫傳感器，控溫儀表顯示值可以視為水箱水溫平均值。

“產(chǎn)熱水溫度”設(shè)計計算值和測試值比較分析

5.2.1 “產(chǎn)熱水溫度”設(shè)計計算和測試值

采用本規(guī)程修訂稿擬定方法，針對3000升/單元·日的供水量，得到對于直接式系統(tǒng)，平板集熱器面積Ac取值為：

Ac=3000升/（70升/m2集熱器采光面積）=43m2集熱器采光面積。

注：集熱器工程取值過程為：

（1）間接加熱系統(tǒng)面積修正系數(shù)按1.1系數(shù)取值，得到間接加熱系統(tǒng)集熱器面積Ai為：

采光面積。

（2）平板集熱器總面積/采光面積比率取值1.069，得到集熱器總面積As為：

（3）基于平板集熱器2m×1m模數(shù)，工程用集熱器總面積52m2/單元。

基于43m2集熱器采光面積計算得到的3月份產(chǎn)熱水溫度和實際測試數(shù)值比較結(jié)果見表3。

表3 3月份平板集熱器產(chǎn)熱水溫度設(shè)計計算值和測試值比較結(jié)果表

5.2.2 設(shè)計和測試數(shù)值關(guān)系分析

（1）根據(jù)上表3中的數(shù)據(jù)得出，設(shè)計計算中的太陽輻照量、環(huán)境溫度和冷水溫度取值均較系統(tǒng)在晴好天氣下的實際運行低些。（2）排除考慮此次測試的系統(tǒng)未全部注入冷水因素，對于《規(guī)程》即將規(guī)定的由瞬時效率截距不小于0.74、瞬時效率斜率不大于5.0平板集熱器且系統(tǒng)熱損失率小于等于15%的系統(tǒng)，3月份晴好天氣對應(yīng)的集中集熱-分散供熱系統(tǒng)產(chǎn)熱水溫度應(yīng)可≥42℃。

6 驗證結(jié)論

（1）檢測單元為居住近十年的小區(qū)，為入戶檢測，開始檢測時間為上午，此時隨著輻照量的逐步增加，貯熱水箱、循環(huán)管道水溫都在不斷上升，且戶內(nèi)供熱良好，環(huán)境溫度對系統(tǒng)的熱性能產(chǎn)生很大的影響，對進入系統(tǒng)內(nèi)的冷水溫度低有一定的影響，造成實際測試開始溫度偏高的現(xiàn)象。

（2）通過對檢測結(jié)果分析，采用“快速檢測方法”規(guī)定操作流程，能夠獲得系統(tǒng)熱性能有效數(shù)據(jù)，能有效反映被檢測系統(tǒng)的太陽能熱水系統(tǒng)日熱水溫升結(jié)果。在實際檢測過程中具有很強的操作性，該方法所用的儀器設(shè)備較少，攜帶方便，大大地節(jié)省了檢測的成本，可以用于施工單位對系統(tǒng)的自檢及第三方檢測單位的檢測。