太阳能热水方案选择及可行性投资分析

彭红梅 李国伟 龙华宝

（城市建设研究院北京市100120）

在城镇化大力发展下大量居住建筑掘地而起，尤其是高层建筑，处处可见，由于早期规范并无强制要求节能，而一般高层建筑无条件设置太阳能，多数都放弃了太阳能的使用，而多层建筑所占比例相对较少，造成太阳能的使用率低，我国人均集热面积不到0.06m2。现在我们已经意识到资源的紧迫性，国家也重视起建筑节能的重要性，现北京建筑节能标准规定12层下新住宅全装太阳能。

我国有较丰富的太阳能资源，按照地域不同其太阳能辐射区划分为四个资源带：一类为资源丰富地区（年辐射总量≥7000MJ/m2）;二类为资源较丰富地区（年辐射总量=5400～6700MJ/m2）；三类为资源一般地区（年辐射总量=4000～5400MJ/m2）和四类为贫乏地区（年辐射总量＜4000 MJ/m2）。年太阳辐射时数超过2200小时的太阳能利用条件较好的地区占国土的2/3。本次论文我参照曾涉及的一个项目作为参考，进行简单分析。

本项目位于山东临沂，临沂地理位置为：东经117度24秒，北纬34度22秒。

气象参数：年太阳辐照量：水平面5125.748MJ/m2；34o22’倾角表面5816.501 MJ/m2；90 o (垂直)倾角表面3427.368 MJ/m2。年平均日太阳辐照量：水平面14.043MJ/m2；34o22’倾角表面15.946 MJ/m2；90 o (垂直)倾角表面9.390 MJ/m2；年日照时数：2597.3h；年平均日照时数：7.1h。年平均环境温度：14.29℃。

根据临沂的地理位置和气象参数与我国各地区的太阳能资源分布图示中，不难看出临沂地区属于三类为资源一般地区，仍然可以充分利用集热板吸收太阳能源为本地区的热水系统主要热源。国内市场上的集热器类型一般为三种：1、平板型集热器。2、全玻璃真空管集热器。3、金属-玻璃真空管集热器(包含U型管式和热管式两种)。根据集热器的类型对比，平板型集热器接受太阳能辐射并向其传热工质传递热能的非聚光型部件，吸热体结构基本为平板形状。结构简单，抗冻能力较弱，耐压和耐冷热冲击能力强，价格较低。全玻璃真空管型集热器采用透明管（通常为玻璃管）并在管壁与集热体之间有真空空间的太阳集热器，水流经过玻璃管时直接被加热。结构简单，价格适中，具有一定的抗冻耐压和冷热冲击能力。金属-玻璃真空管型集热器采用玻璃管外罩，将热管直接插入管内或应用U型金属管吸热板插入管内的集热管。抗冻耐压和耐冷热冲击能力强，但价格较高。居于实际情况低于零摄氏度以下平板型不可使用，集热效率金属-玻璃真空管型高于其它两种类型。以及与建筑外观结合程度较好。再根据运行期内最低环境温度、水质条件、经济条件、维护管理等多方面因素综合确定，金属-玻璃真空管型集热器集热效率高、运行可靠，易损程度相对较低，如果在价格上同生产厂家进行商谈，让一次成本降低一些，应该是首选。

中高层住宅集热器的可行性布置方案

由于本项目为中高层建筑，中高层住宅太阳能热水系统的设计，应满足太阳能集热器面积使所有的住户都有权利使用上太阳能水。

按每户平均面积90平米考虑，每户均设计用水人数3人考虑，热水用水量标准：50L/人·天（60OC）。QMAXDAY=50X3.0=150L/d。每户90平米需150L的用水储水量。

太阳能集热面积计算：

集热面积公式：

式中Ac——直接式系统集热器面积，m2；

Qw——日平均用水量，150L；

C——水的定压比热容4.187kJ/(kg·℃)；

Pr——热水的密度，kg/L；

tend——贮热水箱内水的终止温度，60℃；

tL——水的初始温度，夏季10℃ 冬季4℃；

JT——太阳集热器采光表面年平均日或月平均日太阳辐照量，15946kJ/m2；

f——太阳能保证率，50%；

——管路及贮水箱的热损失率，20%；

——集热器全日集热效率，50%。

每户90平米150L/d

每户顶层空间90平米，考虑到建筑物造型及其他因素的影响，按利用率80%考虑，实际可用面积72平米；屋顶可布置太阳能集热器面积约42平米。

按上述条件进行设计，屋顶面积可满足15层以下住宅的户用热水；即15层以下的中高层住宅，其屋顶面积是可以满足该建筑物内住户的生活热水要求。从目前的建筑实际建设规模及形式来看，绝大部分中高层住宅是完全是可以满足太阳能集热器的安装要求及建筑物的供水要求的。

结束语：建筑节能是利国利民的重要工程，希望伴随着城镇化的不断发展，太阳能能为每一个人所信任和重视。由少到多，更充分的利用这些绿色能源。真正实现我们的健康低碳生活。

【参考文献】

[1]钱家麟. 管式加热炉（第二版）[M]. 钱家麟主编.北京：中国石化出版社，2005：208-217.

[2]王文堂. 化工节能技术 [M]. 王文堂主编.北京：化工工业出版社，2006：403-409.