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2014年SHC 建筑和工业的国际太阳能供热制冷会议

用太阳能分数比作为太阳能热水系统设计评价指标的局限性分析

Shan Liu^a*, Bin Hao^a, Xilin Chen^b, Chumni Yao^a, Weiye Zhou^c

一、摘要

太阳能分数比是太阳能热水系统设计的关键指标和参考，也是根据“中国建筑可再生能源应用评价标准”评价太阳能热水系统的关键因素。通过对实际工程的相关检测数据进行分析，发现利用太阳能分数比评价实际运行系统有一定的局限性，不能合理地反映常规能源的实际补充情况，特别是住宅建筑采用中央太阳能热水系统。根据政府在“十二五”期间提出的总能耗控制概念，应将常规能源的实际补充水平作为评价太阳能热水系统的一个因素。本研究将分析太阳能分数在设计和评估中的局限性，并提出相应的解决方案，作为相关设计和评估专业人员的参考。

二、关键词：太阳能热水系统;评价;指数;太阳能分数比

1.简介

近年来，可再生能源的应用技术在世界范围内迅速发展。中国太阳能资源十分丰富，估计中国陆地表面每年的太阳辐射量约为147times;10⁸GWh，每年全国太阳总辐射量已达到335~837kJ/cm³。太阳能热水系统是太阳能最基本的应用，目前具有相当明显的经济效益。

2007年发布的可再生能源长期计划明确提出了到2020年逐步提高可再生能源消费比例达到整体能源消耗15％的目标。2011年，住房和城乡建设部（MOHURD）和财政部联合发布的“关于进一步推进建筑物可再生能源应用的通知”（蔡健[2011] 61号）进一步明确了这一目标的更多细节。从2006年开始，住房和城乡建设部和财政部在全国范围内开展了太阳能热利用可再生能源建设示范项目，有效推动了太阳能热利用市场的发展，促进了太阳能热利用产业的快速发展。截至2009年底，住房和城乡建设部和财政部已实施四轮可再生能源建设示范，共计300多个项目。共建立130个太阳能热利示范项目，太阳能热利示范项目面积493万平方米。从2009年开始，住房和城乡建设部和财政部开始组织实施示范城市/示范县。到2012年，中国城市的太阳能热利用面积为24.6亿平方米。

另一方面，自2007年以来，中国已有40多个省市制定并颁布了太阳能义务。大多数政策要求在12层以下的民用建筑中强制安装太阳能热水系统。随着太阳能热水系统的大规模应用和大量建设的完成，评估实际效果是实现节能减排，促进产业发展的关键一步。

2.太阳能热利用在建筑设计和评估标准中的快速发展

2005年，MHOURD颁布了“民用建筑太阳能热水系统技术标准”（GB50364-2005），为太阳能热水系统在民用建筑中的应用奠定了技术基础。随后出版了国家建筑设计标准和图册：太阳能集热系统设计与安装（06SS128）和中央太阳能热水系统选择与安装（06SS128），为建筑设计工程师奠定了基础。为确保应用效果，项目施

工完成后，按照“建筑物可再生能源应用项目评价标准”（GB / T 50801-2013）进行测试和评估。

2.1. 太阳能热水系统的设计方法和标准

现有太阳能热水系统设计主要依据“民用建筑太阳能热水系统技术标准GB50364-2005”和“建筑给排水设计标准”（GB 50015）。设计过程可以简要地归纳为六个步骤，如图1所示。几个部门的设计关键工作是确定系统的收集器区域。收集区域应根据日平均用水量，当地年平均日照太阳辐射量，太阳能集热器热效率和太阳能分数比等计算。

选择系统类型

计算热量消耗和热用水量

辅助热源和加热设备的设计

计算水箱容积

计算系统收集器的面积

确认用户需求

水温

水配额

图1.太阳能热水系统设计流程图

直接系统收集器区域可以通过以下公式计算：

(1)

可以看出，在设计计算过程中，需要根据用户需求，当地太阳能资源和系统经济效益来选择和确定平均日耗水量，水箱设计温度，太阳能分数比，对于中央太阳能热水系统设计这是重要的基础。平均日耗水量不应高于“建筑给排水设计标准” ^[8]中规定的中低热水额度，而水箱中的水温在计算标准中规定为60℃。此外，太阳能分数比是决定总集热面积的关键因素，也是影响太阳能热水系统经济性能的重要参数。在制定太阳能热水系统的地方标准和强制安装政策时，一些地区将根据当地太阳能资源状况提供推荐值。例如，根据北京住宅建筑节能设计标准（DB11-891-2012），在计算集热面积^[9]时，建议的最小太阳能分数比为50％。

2.2. 太阳能热水系统项目评估标准

为确保应用效果，项目施工完成后，按照“建筑物可再生能源应用项目评价标准”（GB / T 50801-2013）进行测试和评估。评估工作包括指数评估，绩效评估和绩效评分。评估应基于通过短期或长期测试的实际测试数据。在评估之前需要进行一般性检查，以确保遵循程序并完成文档。太阳能热水系统的评价应主要集中在系统性能，能效，经济效益和减排效果四个方面。涉及八个评估指标，如表1所示。

在上面列出的指标中，太阳能分数比率是衡量太阳能热系统性能的最重要指标。根据标准的定义，太阳能分数比是太阳能热量占太阳能热水系统，太阳能供热系统或空调系统总能耗的百分比。它还提供了两种计算太阳能分数比的方法，一种是短期测量，另一种是长期监测。由于测试周期的限制，通常采用短期测量。试验表明，当地日常太阳辐射小于8MJ / m，太阳能分数比为f1，天数为x1 天;当太阳辐射小于13MJ / m且大于或等于8MJ / m时，太阳能分数比为f2，天数为x2;当太阳辐射小于18MJ / m且大于或等于13MJ / m 时，太阳能分数比为，天数为x;当太阳辐射大于或等于18MJ / m时，太阳能分数比为f4，天数为x4;因此太阳能分数比为

(2)

表1.太阳能热水系统项目的评估指标

表2.不同区域中太阳系的太阳能分数比率f（％）

在太阳能热水系统使用期间，太阳能分数比与许多因素有关，包括太阳辐射，气候条件，产品热性能，热水使用习惯，建筑类型等。太阳能热水系统的最小太阳能分数比是衡量强制安装强度的最常用指标。西班牙，意大利和许多城市的太阳能分数比要求最低。虽然中国目前没有为强制安装政策中的系统提供最小太阳能分数比，但评估标准指出太阳能分数比应符合设计指标。

3. 太阳能分数比限制在太阳能热水系统设计和工程评价中的应用分析

3.1. 太阳能部分比率的定义在太阳能热水系统设计和评估过程中有所不同

在太阳能热水系统设计和评估过程中，中国现有标准对太阳能分数比有不同的定义，如表3所示。

一般而言，太阳能部分比率是太阳能系统性能的指标，以反映太阳能热量与传统能源消耗之间的比率。指数值应根据太阳辐射，系统性能和用户要求等因素的组合来确定。设计中反映的是太阳能热量与总系统负荷之间的比值，但在项目评估中是太阳能热量和实际总能量。消费系统。系统的实际总能耗包括实际用户热量增加，管道和循环泵中的热量损失。它与总系统负载具有完全不同的含义，包括用户有效的热量增益，管道和泵的热损失，但长期以来一直困惑。因此，建议使用两个不同的索引进行单独描述。

表3.不同标准中太阳能分数比的定义