深圳市太阳能热水系统应用现状与前景分析

深圳大学土木学院 ■ 黄中伟 王悦 杨磊

一 深圳地区太阳能热利用的自然条件

根据我国对太阳能资源分布地区类别的划分，深圳属资源丰富地区。该类地区地平面每年可获得3780～5040MJ/m2的太阳光能，相当于燃烧130～170kg标准煤所释放的热量。

深圳市区面积1991m2，平原地区每年地面接收的太阳光能约为3亿t标准煤所含能量，而目前全市每年能耗总量约折合4915万t标准煤。

二 深圳市太阳能热水系统使用现状

作为能源对外依存度极高的资源消费型城市，深圳的能源紧缺与高能耗之间的矛盾日益加剧。近年来，建筑能耗电量占到全市总用电量的40%左右，生活热水的总能耗占到建筑总能耗的10%～20%，因此，深圳市正致力于探索建筑节能的新模式和新领域。2006年，深圳颁布实施《深圳经济特区建筑节能条例》，率先在国内确立了在十二层以下住宅建筑中强制安装太阳能热水系统的制度。2009年深圳成为国家首批可再生能源建筑应用示范城市，随即在2010年出台了《深圳市开展可再生能源建筑应用城市示范实施太阳能屋顶计划工作方案》，计划新增太阳能光热应用建筑应用面积702万m2。为全力支持上述工作，除国家下达可再生能源建筑应用城市示范补助资金8000万元外，深圳市委、市政府也将安排1.2亿元作为补助资金。可见，在深圳市大力发展绿色建筑的过程中，太阳能热水系统的应用工作已作为重中之重展开。自2010年以来，深圳市太阳能热水系统安装面积已实现大幅增长(图1)。

图1 深圳市太阳能热水系统面积

随着深圳加快推动绿色城市的建设，太阳能热水系统现已覆盖了90%以上的学校、医院、酒店等公共建筑。保障性住房也是开展绿色建筑工作的重点之一，自2010年起新建的保障性住房已100%按照要求安装太阳能热水系统。

深圳市太阳能集热器的选型与全国大部分地区不同，由于深圳位于夏热冬暖地区，年平均气温在22～23℃之间，冬季气温均在0℃以上。无需考虑集热器的抗冻性问题，加之深圳的现代化建设与高层建筑多等特点，平板型集热器由于其成本低、安全耐用以及与建筑一体化结合的优势，得到了广泛应用。

据不完全统计，深圳市目前从事太阳能行业技术及产品开发应用的企业已超过200家，其中不乏多家拥有专利产品和自主知识产权核心技术的企业，在平板太阳能的研发与创新、太阳能与建筑一体化的应用等方面不断开拓。新安装的典型项目中，以深圳市保障性住房为例，侨香村住宅小区由22栋33 ～35层的高层住宅组成，楼顶共安装7028m2太阳能集热板，空气源热泵辅助加热设备共计4080kW，预计日供60℃热水620t(图2)。项目采用集中集热—集中储热的运行方式，并使用温差比较强制循环技术、采用全自动冷水回收技术及PLC可编程远程自动控制等专利技术。体育新城安置小区由21栋13～34层高层住宅组成，楼顶和墙面共安装11310 m2太阳能平板集热器(图3)。分别采用屋面安装、外挂阳台、立面挂钢架的安装形式，并根据太阳能集热器采光效果不同，采用三个太阳能循环系统。热水系统为全承压分户式免计量太阳能热水系统，储热水箱分户放置在住户外墙面的平台上，通过二次换热方式进行加热。辅助加热系统是分户安装的燃气热水器，使用管道煤气进行加热，计划保证每天人均60～65L的热水。该系统采用智能自控瞬时启动技术和微电脑技术控制。

图2 侨香村住宅小区太阳能热水系统

投资方式同样是保障太阳能热水系统建设使用的重要环节，目前深圳市采用的投资方式主要有三种，分别为个人投资、单位投资和合同能源管理方式投资。

图3 体育新城小区太阳能热水系统

个人投资指的是以单个或多个家庭为单位，用户私人投入资金，安装太阳能热水器。比起中国大陆多数大中城市，这种方式在深圳的太阳能热水系统中占比不大，但存在可开发空间。

单位投资的资金来源分为两类：一类是政府资金，如公立学校、公立医院、部分国营单位宿舍、国营宾馆等部门所投入的太阳能热水系统的资金；另一类是企业或其他民营单位投资，如非国有企业职工宿舍、民营学校、民营医院和其他非国有单位对太阳能系统的投资。

合同能源管理方式投资是指能源服务企业事先对太阳能热水系统进行投资建造，热水用户在使用过程中向能源服务企业交付费用，后者从热水费用中收回投资和适当利润。深圳市鹏桑普太阳能公司、深圳市东部物业管理公司等企业在合同能源方式投资太阳能热水系统方面做出了积极的尝试。当能源服务企业与有热水需求的客户达成合同能源管理协议后，企业将资金、产品和人力投入到设计和安装相应的太阳能热水系统，并专设项目组对该系统进行运营维护，保证其使用效果和节能效果，同时向客户收取一定费用。目前深圳市所常用的收费方式有三类：第一类是按流量计费，适用于家庭用户，根据到户供热水管的水表计量，按每吨热水消耗收取一定费用，这是最为广泛被使用的方式，深圳现有项目的定价范围一般为18～25元/t；第二类是刷卡计费，适用于集体宿舍、公共浴室等公共建筑，按当次使用的流量或时间计费；第三类属于包量计费的方式，适用于工业应用等大型项目，根据客户工程的热水需求核算出用量底数，低于或高于该底数分别有相应的计费措施。合同能源管理通常能在初期数年内收回投资并开始盈利。按照事先签订的合同能源管理合同，企业在取得预期收益或达到一定年限后，可将全套热水系统无偿转交于客户或继续运营。结果表明，相对于其他方式投资，这种方式投资下的系统运营维护效果最好，经济效益明显，同时节约了企业、政府或个人的资金，体现了社会专业化分工所带来的优势。

为规范和推动合同能源管理方式的进行，2011年11月，深圳公布了《深圳市合同能源管理项目管理暂行办法》和《深圳市合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法》，将根据年节能量和规定标准给予一次性奖励，其中国家备案的节能服务公司合同能源管理项目奖励标准为按照实施合同能源管理项目后年节能量一次性奖励540元/t标准煤。在深圳市备案的节能服务公司的合同能源项目奖励标准为按照实施合同能源管理项目后年节能量一次性奖励500元/t标准煤。

三 深圳市太阳能热水系统利用潜力估计

截至2011年底，深圳市已有太阳能热水系统所采用的总集热器面积近50万m2，覆盖建筑面积1042万m2。保守估计，以集热器年平均集热效率0.5计算，太阳光通过正确安放的1 m2集热器，平均每年可向热水(或其他中间介质)注入相当于燃烧75kg标准煤所释放的热量。因此，如果所有热水系统都能正常运行，则由于太阳能热水系统的应用全市每年可以节省约3.75万t标准煤，可以减排9.4万t二氧化碳。然而，并非所有已安装的热水系统均能按照预期发挥作用，少数系统处于工作状况不良甚至停运状态，主要原因为运营管理不善和系统设计不合理。

受可再生能源利用的技术水平、运作成本和深圳地理条件所限，深圳市目前可再生能源的利用主要以太阳能热水系统利用为主。相比太阳能热水系统每年节约3.75万t标准煤的量值，地热能、沼气、太阳能光电、太阳能烘焙、太阳能大棚栽培等技术目前对节能的贡献均可忽略，风能、潮汐能、海浪能、生物质能的利用尚未起步。就现实情况而言，努力扩大太阳能热水系统利用的范围，是深圳市增加可再生能源利用量的主要途径。

截至2011年底，深圳市共有各类建筑 6亿m2，其中住宅建筑面积约为4.6亿m2。如果全市实现至少一半住宅建筑安装太阳能热水系统，按照每30m2建筑面积安装1m2太阳能集热器估算，需安装集热器面积770万m2，是现有太阳能集热总面积的15倍。770万m2集热器每年所提供给热水(或其他介质)的热量相当于58万t标准煤所含热量。

深圳是一个高层建筑比例较高的城市。大批新建的高层保障性住房正需要成功的运营经验作为引导。为了研究太阳能热水系统在高层建筑上的推广，近几年在深圳市葵花公寓等住宅进行了高层住宅太阳能热水系统应用的实验。结果表明，高层建筑同样可以安装和有效使用太阳能热水系统。以运营维护较为成功的葵花公寓为例，该公寓高36层，楼顶安装太阳能集热器面积678m2，使用热水的人数约1000人，平均每人拥有集热器面积0.68m2。3年多时间的运营实践表明，全年约200d仅靠太阳能便可满足热水需求，其他时间在热泵辅助加热情况下供用户热水，整个系统运行稳定，节能效果显著。该太阳能项目完全利用葵花公寓楼顶装饰景观层的空间，采用钢筋混凝土高梁架(梁架高度3.7m)，在梁架上面安装集热器支架，排放安装太阳能集热器。集热器采用特制平板太阳能集热器，规格为1000mm×2200mm(一般规格为1000mm×2000mm)。将高梁架及太阳能集热器的高度控制在房屋景观层范围内，不但不会影响美观效果，而且可将楼顶面积扩大一倍。梁架层上排放集热器，楼板层安放储热水箱和空气源热泵等附属设施(图4、5)。辅助加热系统为4台空气源热泵，2台输入功率为 14kW(制热量为60kW)、2台输入功率为 19 kW(制热量为80kW)。共设8个并联安装的大水箱，每个水箱容积为8m3，总容积64m3。并附设一个容积为1m3的循环加热小水箱。当温度传感器监测到大水箱中水温低于45℃时，自动开启辅助加热系统加热小水箱中的冷水。加热后的热水注入大水箱，用来提高大水箱中的水温。为实现用户达到打开阀门就有热水的使用效果，系统采用设计定时、定温和温差自动回收技术。供热水温度与回水温度之间设置一个启动温差及停止温差(温度设置可调)，回收水泵在温差控制的作用下自动工作，保持管网恒温热水，同时在定温自动回收的基础上，具备定时回收功能，可根据一年四季管网降温所需时间的多少，设置回收间隔时间，在时间控制的作用下自动启停回收水泵，使管网内热水每隔一定时间循环一次，维持每条立管都是恒温热水。从而保证了各用热水点提供的都是热水，达到阀门打开12s内就有热水的效果。

图4 葵花公寓太阳能热水系统集热器布置

图5 葵花公寓太阳能热水系统储热水箱及辅助热泵

为了进一步拓展太阳能热水系统的应用，深圳市有关部门正继续制定相应的规划和政策并不断完善，积极推动相关工作的开展。

四 太阳能热水系统推广中应注意的问题

(1)应加强对于太阳能热水系统应用所带来的节能减排效果的宣传。相对于发达国家和地区，深圳市民的节能减排意识有待进一步提高，必须通过长时间有效地公益宣传，方能逐步加深居民对太阳能热水系统本质的认识，提高自觉应用的积极性。

(2)政府有关部门虽然对新安装的太阳能热水系统按照集热器面积制定了补贴政策，但对安装后投入运行的系统，未能进行节能实效统计，并按照实际的节能减排效果给予奖励性补贴，致使有些热水系统的业主和投资者积极性受挫。

(3)个别太阳能热水系统的设计存在缺陷。有些系统将其制造的热水强制性地均分给用户，把高品质热能转变为低品质热能，造成用水少或不用水的住户所存储的热能浪费，而需要热水的住户却得不到应有的热能。由此导致热水不能根据实际需求计量投放，打击了居民使用太阳能的积极性，导致运营困难和设备浪费。

(4)部分太阳能热水系统的投资运营和维护模式不合理，造成系统使用效率降低。

(5)少数物业管理企业不支持太阳能热水系统的应用，且阻挠用户在其所代管的住宅上安装太阳能热水器。

五 结语

解决了高层住宅太阳能热水系统技术难题后，深圳市在太阳能热水系统应用领域面临广阔的发展空间。如果加大政府宣传引导和政策支持力度，在系统设计、投资运营和管理维护等方面提高科学化管理水平，太阳能热水系统的推广应用将对国家低碳示范市的建设提供强有力的支持。