太阳能节能节水研究与设计创新综合应用解析

建筑给排水节能节水研究与设计创新关于绿色建筑【绿色建筑

】(绿色建筑评价标准)在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源

(

节能、节地、节水、节材

)

、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。江亿：“我认为,绿色建筑的解释就是朴素的住房,满足基本需要即可。我们不需要遍地是CCTV那样的标志性建筑。绿色建筑绝不是先进技术的组合。---少盖房子；少盖奇形怪状的房子【中国绿色认证】（绿三星）三星是条文制的，要求各大类的控制项必须达标，达标的条文分布较为均匀。【美国绿色认证LEED】：

LEED是打分制，只要总分到，不管分值如何分布，就获得相应的标识。【竞争】涉外租赁销售的项目用LEED；评国家奖项、拿绿建补贴用“绿三星”。太阳能光热利用现状•太阳能企业、政府积极；房地产商消极；设计人员被动应付。•《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》自2012年3月1日起施行[许多地区出台了类似的规定]：

其中规定，新建、改建工程的建设单位、设计单位应当按照国家标准和北京市地方标准的要求进行太阳能热水系统的设计。•

政府强制是双刃剑•紧凑式单体太阳能集热器有一定成熟性；•集中太阳能系统技术尚未成熟，做的好非常不容易；•集中太阳能系统最重要的是“系统集成”、涉及多个专业；太阳能热水的适用范围•居住类建筑：住宅、酒店、公寓、病房、宿舍、监狱等住宿用房；•稳定热水用量的民用建筑：餐饮建筑；游

泳馆、体育馆等对社会长期开放的文体活

动场所；•特殊工业、农业生产场所；•一般办公、楼堂馆场所等公共建筑不应设

置集中热水，更不应设置太阳能热水，否

则是能源浪费、劳民伤财。住宅生活热水特点及要求••••••1、连续性：24小时、365天2、负荷总量小：日均40~50升/天.人3、负荷变化大：时变化系数2~34、及时性：热水出水时间小于15s5、舒适性：流量、压力、温度6、计量收费：每户单独计量高层住宅太阳能热水特点•1、屋顶面积紧张。•2、阳台分户：热效率降低、户内占用面积、维修管理难、风噪、安全隐患。•3、集中热水：机房面积大、水箱管网损失大；•4、计量复杂：水表户外设置支管距离长，浪费水、不舒适；户内设置水表运营成本昂贵。•5、分户贮热占用面积、辅助加热控制困难、热效率降低、存在安全隐患。专业系统设计的重要性市场与需求建筑一体化技术设计•建筑、

景观•设备、

管道•系统

控制

策划与决策

产品选型、系统制定

施工安装

运行维护管理后评估（节能效果分析）专业工程设计供应商?设计院!集热器热水系统设计的主要内容

•负荷计算【平均负荷、汽车里程原理】

•系统的选择【控制最终系统效率、用户实际得热量】•集热器选型【因地制宜】

•集热器集热面积计算【充分考虑实际需求】

•

•管网系统

•

•热水系统选择：水温、压力平衡、辅助热源辅助设备【换热器、水泵选型】贮热设施【推荐紧凑式贮存】管道保温【非常重要、系统节能是第一位的】

•

集热系统【简化控制】自动控制

•

配水系统广州住宅能耗分析北京、上海住宅能耗分析标准准规规范范制制定定方方面面在标标准准和和规规范范的的制制订订方方面面，，政政府府相相继继颁颁布布了了一一些些太太阳阳热热水水器器产产品品质质量量标标准准和和技技术规规范范，，用用以以规规范范太太阳阳热热水水器器产产业业和和市市场场。。到到目目前前为为止止，，由由全全国国能能标标委委归归口口制制定定、、修订订的的有有关关太太阳阳热热水水器器的的国国家家标标准准共共有有9项，其其中2项属于于基础础标准准，4项属于于试验验及评价价方法法标准准，3项属于于产品品标准准。此此外，，还颁颁布实实施了了1项行业业标准准。这这些标标准和方法法对太太阳热热水器器市场场的发发展和和规范范化都都起到到了不不小的的促进进作用用。具具体如如下：：•基础标标准：：1992年3月1日GB/T12936.1-1991““太阳能能热利利用术术语第第一部部分”；•基础标标准：：1992年3月1日GB/T12936.2-1991““太阳能能热利利用术术语第第二部部分”；•试验方方法标准：1992年2月1日GB/T12915-1991““家用太阳热水器器热性能试验方方法”；•试验方方法标标准：：1995年12月1日GB/T15513-1995““太阳热热水器器吸收收体、、连接接管及及其配件件所用用弹性性材料料的评评价方方法”；•试验方方法标标准：：1999年11月1日GB/T17683.1-1999““太阳能能在地地面不不同接接收条条件下的太太阳光光谱辐辐照度度标准准第一一部分分”；•试验方方法标标准：：2000年8月1日GB/T4271-2000“平板型型太阳阳集热热器性性能试试验方方法”；•产品标标准：：1997年12月1日GB/T6424-1997“平板型型太阳阳集热热器技技术条条件”•产品标标准：：1998年4月1日GB/T17049-1997““全玻璃璃真空空太阳阳集热热管”；•产品标标准：：1999年7月1日GB/T17581-1998““真空管管太阳阳集热热器”；•行业标标准：：1999年1月1日NY/T343-1998““家用太太阳热热水器器技术术条件件”。不合格格产品品的负负面影影响12平板型型真空管管型全玻璃璃真空空管型金属－－玻璃璃真空空管型U型管型型单玻璃璃同轴轴直流热热管双玻璃璃同轴轴直流热热管热管式式平滑材材质太太阳能能集热热器太阳能能集热热器非平滑滑材质质太阳阳能集集热器器塑料集集热器器\橡胶集集热器器集热器器分类类及特特点全玻璃璃真空空管•市场主主力产产品，，适宜宜独户家庭庭屋面面使用用；•直插管管有成成熟性性；•不承压压，o型圈圈易老老化；；闷晒、、自然然循环环；•爆管影影响使使用；；•开式系系统不不适合合大面面积集中热热水工工程使使用•水质卫卫生存存在安安全隐隐患•内置电电热棒棒存在在安全全隐患家用热热水器器-横横管爆管漏漏水型圈易老化化热管式式真空空管集集热器器铜超导导热管管联箱管管玻璃真真空管管易结垢垢软木塞塞•承压、、适宜宜集中中系统统•过热、、水质质要求求高•铜材要要求高高、热热管寿寿命不不稳定，，存在在较大大争议议。U型管集集热器器•真空管内不直接走水，避避免漏漏水问问题发生•承压、适宜小型集中系统统•过热、水质要求高•系统配水困难，供回水平平衡复复杂，，存在气堵堵现象象。•系统阻力大、效率偏低。。太阳能能循环环供水水管太阳能能循环环回水水管焊接要要求高高，膨膨胀易易损坏坏传统平平板集集热器器新型陶陶瓷太太阳能能集热热器新型陶陶瓷太太阳能能集热热器◆集热器器与建建筑一一体化化-----屋面◆集热器器与建建筑一一体化化-----屋面◆集热器器与高层建建筑建筑一一体化化-----阳台工程实实践：：①广州州亚运运村②北京京奥运运村③中央央财经经大学学④谷泉泉会议议中心心研究：：①实验验室②实验验基地地目的：：重点研研究集集中太太阳能能热水水系统统的合合理模模式，，包括括集热热、供供水、计量、、节能等综综合因素。。213花洒实验室太阳阳能试验研研究集热器实验室采集卡集输213太阳能系统转化实验数据传感器的选择测试软件编制主要工作——测试平台的的设计水箱中部温温度太阳辐射量量Cm(Te−Tr)50100150250300350400-10001000800700600200时间6.236.246.256.266.27501001502503003504001502520500404003530030200555045200时间6.236.246.256.266.27日期·效率日总辐照w/m26月2353.68%2620126月2458.46%2627126月2560.89%2026206月2660.74%1916146月2763.84%156795平均值59.52%215150温度差值℃30.1633.0725.8824.9819.9826.814实验表明：本本系统的平均均日效率为59.52%，高于国标要要求。研究成果——日平均效率分分析ACHη=P推导系统效率公式：日期6月19日6月23日6月25日6月26日水箱初始温度℃23.2124.0923.7724.68水箱终止温度℃51.3554.0849.8649.4水箱升温值℃28.1429.9926.0924.72日曝辐量kJ/㎡13794.5415348.9011152.9811517.90系统效率56.7%54.3%65.0%59.7%研究成果——系统效率与日日辐照量的关关系可以看出当日辐照量大的时候，系统的系统效率反而很小，这这是因为平板型集集热器的热损损失会随着平板的温度度升高而增大大，而系统的效率很大大程度上与系系统的散热性能相关。。Atp−t0+ti2ωCp(t0−ti)研究成果——盘管换热效率率研究dK=D0波纹管传热系系数的变化曲曲线123换热系数的测测量值在56.02和188.32范围之间变化化，换热系数的平平均值为135.75，相对较低。。结论：1、得到了一套套完整的太阳阳能热水系统统性能测试平台。2、实验不但从从理论上计算算和推导了双双循环太阳能能热水系统的的工程参数，也推导了系统效率和瞬时效效率公式并并提出出了一一种循循环盘盘管换热系系数计算公公式。。3、通过过水箱箱温度度T随时间间t的变化化关系系方程程可以以看出出水箱升升温较较迅速速。4、双循循环的的分体体式太太阳能能热水水器布布置灵灵活，，易于于与建建筑结结合。。系统统效率率为59.5%，满足足使用用要求求。5、得到到水箱箱温度度与辐辐照量量的关关系。。6、得到到日辐照照量与双循循环系统效效率的非正比比关系系。7、双循循环换换热系系统的的盘管管传热热系数数K的平均均值较较低，，为135.75。这是是由于于本系统统选用用的波波纹管管的波波距过过密所所导致致的，，可以以适当当改进进。展望：：由于时时间关关系，，对于于太阳阳能热热水系系统的的研究究还仅仅仅处处于一一个初初步阶阶段，，本装置置尚有有许多多需要要继续续完善善和研研究的的地方方。实验基基地实验基基地广州亚亚运城城热水水系统统综合合测试试1.3.2研究意意义•第一，，通过过此次次实地地测试试广州州亚运运城太太阳能能与水水源热热泵耦耦合热热水系系统的应用用情况况，这这种针针对实实际工工程的的测试试，在在国内内还不不多见见，尤尤其是是亚运会这这种国国际上上的大大型体体育赛赛事，，极具具实际际研究究意义义。•第二，，本测测试的的第一一阶段段在亚亚运开开幕前前的一一个月月内进进行，，在亚亚运城城试运行阶阶段和和相关关演练练中，，发现现了一一些系系统运运行中中出现现的问问题，，并告告知设计方方、施施工方方与管管理方方，在在亚运运开幕幕之前前及时时整改改，避避免了了亚运运会期间同同样问问题的的出现现，为为亚运运会参参与各各方挽挽回了了一定定的损损失。。•第三，，通过过本次次测试试，分分析太太阳能能与水水源热热泵耦耦合热热水系系统的的运行行情况，给给出测测评报报告，，填补补国内内在该该项技技术研研究上上的空空白。。•第四，，通过过研究究太阳阳能与与水源源热泵泵耦合合热水水系统统，发发现了了运行行中的的不足之处处，进进行优优化分分析，，给出出可能能的优优化建建议。。2.1运动员员村太太阳能能系统统概况况•广州亚亚运城城太阳阳能热热水系系统采采用了了两种种太阳能集集热器器，分分别是是布置置在媒媒体中中心屋屋面的平板式集集热器和布布置在运动动员村与技技术官员村的玻玻璃—金属真空管管集热器，，集热器总面积达到12000m2，平板集热器面积为4850m2，真空管集集热器面积积为6200m2。常规太阳能能集热系统统原理图一级站室、、二级站室室热水系统统原理图图3-1相同环境条条件下不同同太阳房真真空管太阳阳能测试结结果Fig.Underthesameenvironmentalthedifferentvacuumtuberesults图3-2亚运期间2区6栋太阳能集集热量、集集热效率随随辐照变化化曲线Fig.2-5Thecurveofsolarsetheatandcollectorefficiencywiththeirradiationofareatwobuildingsix图3-3现场进行仪仪器的安装装与调试Fig.3-1Siteequipmentinstallationandcommissioning图3-4仪器的校核核与数据的的校正Fig.3-2Checktheinstrumentcalibrationanddata水箱温升图3-5媒体中心水水箱温升随随温度变化化曲线Fig.3-5Thecurveoftanktemperaturechangewithtemperatureinmediacenter图3-6运动员村太太阳房水箱箱温升随温温度变化曲曲线Fig.3-6Thecurveoftanktemperaturechangewithtemperatureinathletesvillage图5-1媒体村热水水管网温度度测点布置置图图5-211月13日媒体村低低区供水管管网起端、、末端温度度及温降曲曲线图6四区44栋A单元供回水水水温曲线线广州亚运城城成果广州亚运城城太阳能水水源热泵项项目设计要要点介绍——《给水排水水》2011年第07期广州亚运城城生活热水水管网系统统设计与能能耗分析——《给水排水水》2011年第07期从广州亚运运城项目分分析住宅能能耗比例——《给水排水水》2011年第08期广州亚运城城运动员村村太阳能集集热水箱保保温性能测测试研究——《给水排水水》2011年第08期亚运城玻璃璃—金属真空管管太阳能集集热效率测测试研究——《给水排水水》2011年第09期广州亚运城城太阳能生生活热水系系统的思考考——《给水排水水》2011年第10期广州亚运城城成果广州亚运城城运动员村村生活热水水用水规律律分析研究究——《给水排水水》2011年第10期广州亚运城城双水箱太太阳能集热热系统运行行工况研究究——《给水排水水》2011年第11期广州亚运城城媒体村生生活热水管管网系统数数值模拟分分析——《给水排水水》2011年第11期广州亚运城城运动员村村赛后设计计运行策略略研究——《给水排水水》2011年第12期运行状态下下直接式太太阳能系统统集热性能能测试方法法——《给水排水水》2011年第12期图7-1亚运城真空空管集热器器（左图））与平板集集热器（右右图）Fig.AsianGamesvacuumtubecollector(left)andflat-platecollector(right)亚运城太阳能集团位于山山东省德州州市德州区区，选定的的测试系统为集团培培训中心1#公寓楼太阳阳能热水工工程。该公寓为太阳阳谷酒店共共有85个房间，170个床位。太太阳能热水系统统布置在5层楼顶。楼楼顶标高17.2m。楼面设计飘板型钢钢结构，集集热器分东东、西两部部分布置，，共安装76台，集热器器型号为JPS-30TT21-00°，单台集热热器轮廓采光光面积为5.4㎡，系统集集热器总轮轮廓采光面面积为410.4㎡，实际采采光面积268.28㎡。图8-1太阳能集热热系统简图图图8-2双水箱模式式原理图•测试目的为了解决太太阳能热水水系统利用用中的种种种问题。主主要测试了该套太太阳能集热热系统的日日有用得热热量、集热热效率、水箱温降以以及集热效效率受哪些些因素影响响。以达到到对太阳能热水系统统运行参数数的优化。。通过水泵泵工作时间间可计算耗电量，从从而可以得得出单位耗耗电量得到到的热量。。对整个系统进行行分析，，可以得得到电能能的消耗耗、热水水消耗、、节能率、运行行费用等等。同时时可以了了解各项项热量损损失占总总得热量的比例例，进而而可以对对较大的的损失产产生的原原因进行行分析，提出合合理的意意见与建建议在以以后的运运行中达达到高效效节能的目的。。8.38.218.22图9-1测试期间间三天辐辐照量对对比—1图9-2辐照量与与单位面面积得热热关系图图图9-3系统效率率15105020251234567891011121314151617180.60.50.40.30.20.100.70.90.81辐照量（MJ/m2)单位面积积得热量量（MJ/m2)系统效率率图9-41#公寓太阳阳能系统统辐照、、得热量量与效率率关系结论根据以上上数据分分析对太太阳谷酒酒店太阳阳能热水水系统得得出以下结论论：①该集热热系统的的集热效效率相对对较高；；②集热水水箱和供供热水箱箱测试期期间温升升高低不不等；③由于参参数设置置不合理理导致水水泵启停停频繁或或启动之之后不停停泵，运行行耗电量量偏大，，单位能能耗集热热量低，，运行工工况不合合理；④系统每每日处于于高温运运行时间间较长，，过热保保护现象象多见。。该系统集集热器分分两组运运行：单单相泵连连接集热热器28组，采光光面积98.84m2；三相泵泵连接集集热器48组，采光面积169.44m2。在以上所述的双水箱运行模模式下，，假设关关掉一组组单相泵泵小系统统，仅使用三三相泵连连接的48组集热器器系统。。太阳谷酒酒店热水水用水量量比较小小，导致致大量热热水存在水水箱，系系统处于于高温运运行状态态。由实实际监测数据得知，该酒店7月26号8:00--9月20号8:00之间公寓寓总的用用水量为为170.8m³³，平均每每天用水3.1t。太阳能与与建筑一一体化工工程案例例北京国奥村德国宝马汽车车财经大学财经大学▲闭式间接加加热供水系统统开式集中太阳阳能系统【1】集热系统开式式【直接式】，，供水系统开式式集中太阳能系系统【2】集热系统闭式式【间接式】，，供水系统开式式集中太阳能系系统【3】集热系统闭式式【直接式】，，供水系统闭式式集热系统双水水箱集热系统平面面布置图★●适合高层小高层住宅按分集散热集与热储分热散分储热▲屋面分散集集热分户储热热—多层住宅建筑筑▲集中集热分户储热1、贮热罐布布置困难2、支管布置置困难3、串热4、控制困难难不推荐▲集中集热集中贮热1、管线长散散热量大2、计量困难难3、用户感知知度较差4、控制复杂杂5、造价高、、维护难不推荐传统太阳能热热水系统分析析•单罐[箱]储存：太阳能能热源与辅助助热源[电]在一个空间内内，互相干扰，太太阳能热效率率不高；控制制困难。[家用、水箱带加热棒]。•全玻璃真空管管集热器承压压运行易爆管管；•金属玻璃管造造价高、运行行成本高[北方需要防冻冻液]；•热水系统输配配系统复杂、、运行成本高高[管网散热量较较大]；•集中集热直接接式集中供热热水；集中集集热间接集中中供热水；集中集热分散散式供热水；；•全成本较高[需要做水箱间间]；合理控制户均均热水管网能能耗指标•“户均热水管网网能耗指标””是指每户住住宅分担的室室内外热水管管网[不包括户内支管]平均耗热量。。•生活热水具有有日耗能量较较小、长年连连续性使用、、年累计耗能能较大等技术特点；资料料表明住宅热热水全年能耗耗占住宅总能能耗的30%，因此生活热水的节能应应引起足够重重视。•由于全日制集集中热水系统统需要满足热热水的及时性性、稳定性、、舒适性的要求，管网全全天均需保持持适宜的温度度，因此管网网的能耗较大大。•根据亚运村设设计经验与理理论分析表明明，“户能耗耗指标”平均均时散热量合理数值控制制在60~80w为宜，折算成成每户平均日日管网能耗指指标为1440~1920w，并不宜超过过每户住宅平平均日热水能能耗的30%。不同太阳能利用方式综合比较表序号比较项目传统集中热水方式分户分体式集中供热分户贮存式1特点描述需要集中热水管网、热水计量每户单独设置热水器、贮热罐设在户内，与集热器分开屋面集中太阳能采热，每户单独设置贮热罐设在户内2优点舒适度较好物业管理方便，无收费等纠纷可充分利用太阳能资源3缺点运行成本昂贵、计量复杂，需要集中辅助热源户内设备占地面积大，太阳能资源不能共享，对产品依赖性强；难以充分利用太阳能计量复杂，户内设备占地面积大，施工安装复杂4适用范围不需分户计量的宿舍、酒店等居住建筑12层一下中低层住宅中高层住宅5经济性超高高高6工程和易性超难难难7太阳能建筑一体化较易难较易8节省面积占用大量公共区建筑面积占用户内建筑面积占用户内建筑面积9节能性差适中良太阳能利用性性能比较新型间接即热热热水系统研研制与应用1、换热原理理2、最大化贮贮热、系统热效率高3、充分利用用现有成熟产品4、保证水质质5、无水箱间间、无动力循环推荐无动力循环住宅热水系统屋面面布布置置图图户型型大大样样图图户内内管管道道三三维维图图无计计量量管管道道贮贮热热换换热热住住宅宅热热水水系系统统新型型间间接接即即热热热热水水系系统统工工程程应应用用-建筑一体化建筑师的要求北邮邮项项目目开源源（（引引新新水水源源））节流流（（使使用用与与管管理理））建筑与小区节水水城市再生水小区中水再生水小区雨水再生水海水等其他水源减少管网漏损节水龙头、节水器具完善计量监管系统采用无负压供水技术加强宣传教育建筑筑中中水水的的技技术术复复杂杂性性和和难难度度•收集集难难度度：：污污废废分分流流，，双双管管路路系系统统，，占占用用户户内内面面积积•处理理难难度度：：水水量量稳稳定定性性较较差差、、总总量量较较小小、、设设备备运运行行困困难难；；水水质质可靠靠性性较较差差。。•供水水难难度度：：单单独独供供水水管管路路，，计计量量难难题题、、误误饮饮误误用用问问题题【【居居民民自自装修修、、但但冲冲洗洗身身体体马马桶桶】】•管理理难难度度：：中中水水机机房房运运行行管管理理对对技技术术人人员员要要求求较较高高•经济济难难度度：：成成本本较较高高，，经经济济效效益益较较差差【【全全成成本本3万万/m3.d】】•认知知难难度度：：普普通通民民众众认认可可度度较较低低，，尤尤其其突突发发传传染染病病时时段段•北京京25年年来来的的建建筑筑中中水水实实践践证证明明是是失失败败的的。。•住宅宅户户内内不不应应采采用用中中水水建筑筑节节水水技技术术的的选选择择※建筑筑建建筑筑小小中中水水※市政政区区域域中中水水※建筑筑内内部部分分户户中中水水【【模模块块节节水水装装置置】】※雨水利用用※市政大中中水※合理的优优良设计计、设备备、管材材（CAG）是2000年4月由原建设部四家直属的建设部