云南建筑技术发展中心 云南昆明 650034
摘要：以普洱市某酒店集中集热、集中供热太阳能热水系统为对象，对该系统系统性能参数进行检测，以此计算出集热系统得热量、系统总能耗、集热系统效率、太阳能保证率等参数，对太阳能热水系统能效进行评价，对系统的环境效益、经济效益进行评估，从而全面分析系统性能。
关键词：太阳能热水系统；集热系统；系统能效
国家大力推进树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，对建筑节能要求不断深化和提高，在节能的大趋势下，可再生能源技术在我国得到了广泛的应用和推广。而太阳能因其技术成熟和性能安全成为最具发展潜力的可再生能源，作为取之不尽用之不竭的清洁能源，市场利用率也在不断扩大。为了能够更好地评判太阳能热水系统，进而增加太阳能建筑一体化应用的推广，结合工程实例开展太阳能热水系统能效测评工作开展，分析其系统性能及节能效益是非常有必要的。
本文通过对普洱市某酒店集中集热、集中供热太阳能热水系统进行现场检测，对太阳能热水系统能效进行评价，对系统的环境效益、经济效益进行评估，从而全面分析系统性能。
1项目基本情况
酒店总建筑面积1.61万平方米，共12层，客房207间，该项目建筑屋面为平屋顶。采用平板太阳能集中集热、集中供热、强制循环带空气源热泵作为辅助热源的系统，共安装190块平板集热器，轮廓采光面积为380㎡，集热器安装在平屋顶上，安装倾角为28°，安装方向为朝南；系统配置20T的方形储热水箱。辅助加热采用两台10P空气源热泵，空气源COP值可达3.5以上。
2 太阳能热水系统技术原理
该酒店太阳能热水系统采用温差控制方式，当集热器出口温度高于水箱下部温度时，系统控制器启动循环泵，收集太阳热量；当水箱下部温度高于集热器出口温度，停止循环泵，周而复始将贮热水箱内的水温不断升高。当储热水箱水温低于45℃，系统自动启动空气源热泵对水箱中的水进行加热，当储热水箱中的水温高于55℃时，空气源热泵自动停止加热。回水系统采用定温回水，当水管中的水低于38℃时，泵站系统自动启动把水管的低温水回到水箱二次加热，当水温加热到用水温度时，泵站系统停止工作。
3测评内容
依据《可再生能源建筑应用工程评价标准》GBT50801-2013的相关要求，太阳能热水系统的测试和评价内容包括系统性能测试和系统能效评价两部分，太阳能热水系统测试周期为4天。系统性能测试主要为集热系统得热量、系统总能耗、集热系统效率、太阳能保证率；系统能效评价为全年加权太阳能保证率、系统集热器效率、常规能源替代量、费效比、静态回收投资年限及环境效益指标。
4 测试点布置原理图
酒店太阳能热水系统运行分四块：一是系统的集热部分；二是系统的供回水部分；三是系统的控制部分；四是辅助热源部分。根据系统实际情况，测试点布置如图1所示：
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图1测试点布置原理图
注：T1、T2、T3为测量储热水箱水温的温度；T4、T5、Q1为测量集热系统得热量；T6、T7、Q2为测量生活热水耗热量。
5 测试方法
（1）采光面积与辐照量：用钢卷尺测量集热器采光面积，用总辐射表测量太阳辐照量。现场测试时在检测地点提供一个220V的电源插座；辐照表的安装位置与系统集热面平行，检测期间保证太阳辐照能完全照射。
（2）水箱容水量测量：根据现场条件，在贮热水箱进水口安装一块流量计，先将贮热水箱内的水全部排空，记录此时流量计的显示值（初始值），打开上水阀，对贮热水箱进行补水，当贮热水箱溢流口出水时，关闭上水阀，记录此时流量计的显示值（结束值），二者之差为贮热水箱容水量。
（3）集热系统得热量：在太阳能集热系统总集热循环管上安装热量表，上、下循环管分别安装温度传感器，每日测试持续时间从上午8时到次日8时结束。
（4）用户耗热量：在供给用户的生活热水管上安装热量表，总进水管和总供水管上分别安装温度传感器，每日测试持续时间从上午8时到次日8时结束。
（5）用户实际生活热水用水量检测方法：在供给用户的生活热水管上安装热量表，每天早上8：00时整开始记录热量表上的累计用水量，第二天早上8：00时整再记录热量表上的累计用水量，二者之差为居民实际生活热水用水量。
6数据处理
6.1 集热系统得热量
利用集热系统所安装的热量表直接测出集热系统的出口温度、进口温度及流量等参数，然后按下式计算：
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式中：
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—太阳能集热系统得热量（MJ）；n—总记录数；
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—第i次记录的集热系统平均流量（m3/s）；
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—水的密度（kg/m3）；
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—水的比热容（J/（kg·℃）；
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—第i次记录集热系统的出口温度（℃）；
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—第i次记录集热系统的进口温度（℃）；
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—第i次记录的时间间隔（s），
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不应大于600s。
6.2 系统总能耗
根据用户的生活供热水管上所安装热量表测出供热系统的温度、流量等参数后，系统总能耗
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按下式计算：
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式中：
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—系统总能耗（MJ）；n—总记录数；
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—第i次记录的系统总流量（m3/s）；
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—水的密度（kg/m3）；
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—水的比热容（J/（kg·℃）；
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—第i次记录的热水温度（℃）；
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—第i次记录的冷水温度（℃）；
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—第i次记录的时间间隔（s）。
6.3 集热系统效率
在测试期间内太阳能集热系统有用得热量与同一测试期内投射在太阳能集热器上的日太阳辐照量之比。
6.4 太阳能保证率
太阳能保证率为太阳能热水系统中由太阳能集热系统提供的热量QC与系统总能耗Qz之比：
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。
7系统能效分析
当日太阳累计辐照量指集热器表面太阳总辐射表的检测数据，检测时间以达到要求的太阳累计辐照量为止；实测四天的当日太阳累计辐照量分别为J1＝7.84MJ/m2，J2＝11.22MJ/m2，J3＝14.28MJ/m2，J4＝16.73MJ/m2。经测试，当地日太阳辐照量小于8MJ/m2时的太阳能保证率为f1，集热系统效率为η1，集热系统得热量为Q1；当地日太阳辐照量小于12MJ/m2且大于等于8MJ/m2的太阳能保证率为f2，集热系统效率为η2，集热系统得热量为Q2；当地日太阳辐照量小于16MJ/m2且大于等于12MJ/ m2的太阳能保证率为f3，集热系统效率为η3，集热系统得热量为Q3；当地日太阳辐照量大于等于16MJ/ m2的太阳能保证率为f4，集热系统效率η4，集热系统得热量为Q4。
7.1 全年太阳保证率
全年太阳能保证率
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表1 全年太阳能保证率
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7.2全年集热系统效率
全年集热系统效率
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表2全年集热系统效率
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7.3项目常规能源替代量
全年常规能源替代量
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（吨标准煤）如下：
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表3全年常规能源替代量
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7.4 系统费效比
太阳能热利用系统的费效比CBRr应按下式计算得出：
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式中：CBRr—太阳能热利用系统的费效比（元/kWh）；Czr—太阳能热利用系统的增量成本（元），N—系统寿命期，根据项目立项文件等资料确定，当无明确规定，N取15年。
该项目的太阳能光热系统项目费效比为0.09元/kWh。
7.5系统静态回收年限
太阳能热利用系统的静态投资回收年限N按下式计算：
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式中：Nh—太阳能热利用系统的静态投资年限；Czr—太阳能热利用系统的增量成本元）；Csr—太阳能热利用系统的年节约费用（元）。
该示范项目系统静态回收年限为2.8年。
7.6环境效益
环境效益主要包括氧化碳减排量、二氧化硫减排量、烟尘减排量：
二氧化碳减排量
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二氧化硫减排量
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烟尘减排量
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式中：
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－常规能源替代量，单位：Tce。
表4 环境效益指标数值
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8结语
通过测试、分析后，得出以下结论：
（1）该项目全年太阳能保证率为70.92%，云南省普洱市位于太阳能资源较富区（Ⅲ），根据《可再生能源建筑应用工程评价标准》划分，该项目太阳能保证率级别划分为1级。
（2）该项目全年集热系统效率为47.36%，根据《可再生能源建筑应用工程评价标准》划分，该项目太阳能全年集热系统效率级别划分为3级。
（3）该项目的太阳能光热系统项目费效比为0.09元/kWh，符合《可再生能源建筑应用工程评价标准（GB/T50801-2013）》相关规定。
（4）根据太阳能热水系统全年常规能源替代量的计算结果，该太阳能光热系统全年常规能源替代量为111.53吨标煤，若以电作为太阳能热水系统辅助热源，按照目前普洱市民用电价格为0.48元/度，则每年该项目节约的费用为13.51万元，系统静态回收年限为2.8年。
（5）该项目的CO2减排量为275.49吨/年，SO2减排量为2.23吨/年，烟尘减排量为1.11吨/年，该项目节能效益显著。