杨辰昊上海太阳能适应性研究报告

上海地区太阳能热水技术适应性研究报告上海交通大学代彦军报告人杨辰昊报告目录民用建筑用热水特点和问题总结建筑与太阳能热水系统结合的适用性分析建筑和太阳能热水系统的控制运行优化太阳能热水系统运行管理措施研究一、

民用建筑用热水特点和问题民用建筑调研分析居住建筑低层住宅多层住宅中高层住宅高层住宅公共建筑医院，旅馆等。游泳池，浴室等。1.1民用建筑调查分类公共建筑中太阳能热水系统的利用居住建筑中太阳能热水系统的利用共同特点用热水需求主要为洗澡、饮用以及冬天取暖用水高峰为夜间低层建筑（1~3层）多层建筑（4~6层）中高层建筑（大于7~9层）高层建筑（10层以上）用户数量较少建筑改动困难用户量大用户量大日照不佳住户可利用公共面积受限低楼层用户日照不佳低楼层用户日照不佳住户可利用公共面积较大住户可利用公共面积受限住户可利用公共面积受限建筑改动困难高楼层风大建筑改动困难1.2居住建筑的建筑特点及用热水特点调研分析1.3居住建筑结合太阳能热水系统可能存在的问题共同问题热水系统与建筑热水使用特点不匹配导致效率低下管线排布问题增加了建筑的承重阴雨天效率低下影响楼层美观易破坏楼顶防水层低层建筑（1~3层）多层建筑（4~6层）中高层建筑（大于7~9层）高层建筑（10层以上）低楼层日照不足屋顶产权问题屋顶产权问题屋顶产权问题水压过低导致使用不便抗风能力比较差抗风能力比较差抗风能力比较差成本相对较高水电计费问题水电计费问题水电计费问题管线过长浪费资源管线过长浪费资源管线过长浪费资源低楼层日照不足低楼层日照不足1.4公共建筑的建筑特点及用热水特点调研分析（主要针对医院、旅馆和泳池等常见的利用太阳能热水系统的建筑）日间需要不间断供水热水主要用于卫生间用水时间主要集中在白天对热水的需求量比较大对热水的需求持续性较强热水系统与建筑热水使用特点不匹配导致效率低下；楼宇设计时未考虑太阳能的应用导致不美观及效率低下；公共建筑较为密集，日照不佳排管影响建筑结构阴雨天效率低下易破坏楼顶防水层增加了建筑的承重影响楼层美观抗风能力比较差1.5公共建筑结合太阳能热水系统可能存在的问题（主要针对医院、旅馆和泳池等常见的利用太阳能热水系统的建筑）新增建筑集中在市中心周围的九个大区及崇明县，占总增加面积的85.6%既有建筑中7层以下占主要比重，新建住宅中8层以上占新建居住面积比例的70%以上热水应用方面，上海地区人口众多，建筑分布密集，热水量需求高1.6上海地区建筑与用热水特点二、建筑与太阳能热水系统结合适用性分析2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式平板式Flat-plate真空管式Evacuated-tube分体式Split集中式Centralized一体式Integral阳台挂壁式Balcony2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式上海三湘四季花城分体阳台壁挂式2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式上海绿地诺丁山分体阳台壁挂式2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式A-O史密斯太阳能建筑一体化产品2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式沪上生态家2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式太平庄2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式万科成花新苑平板集热器屋顶安装方式之一2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式山东德州蔚来城2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式海南三亚凤凰酒店2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式2.1太阳能热水与建筑结合的应用方式优点缺点低层住宅紧凑式结构简单、技术成熟、价格便宜不适宜大规模安装，不适宜多层建筑分体式与建筑结合完美，热水品质高价格偏高多层住宅紧凑式结构简单、技术成熟、价格便宜、可灵活安装不适宜大规模安装，影响建筑美观阳台壁挂式供水水质好、无需计量供热水、系统漏热损失小初投资高、集热性能受限、施工维修不便集中集热-分户贮热分户热水均衡，后期管理方便初投资较高，系统效率稍低集中集热-集中贮热系统效率较高，可用于多层建筑不易管理分户热水难以均匀2.2不同的一体化方式的优缺点优点缺点中高层住宅阳台壁挂式供水水质好、无需计量供热水、容易维护初投资高，集热性能受限集中集热-分户贮热效率较高，分户热水均衡，配水系统无需计量初投资较高，需专业运营维护集中集热-集中贮热效率较高，初投资稍低，无需占据室内贮热空间需专业运行维护，分户热水难以均匀，物业管理不便高层住宅阳台壁挂式供水水质好、无需计量供热水、容易维护初投资高，集热性能受限集中集热-分户贮热效率较高，分户热水均衡，配水系统无需计量初投资较高，需专业运营维护集中集热-集中贮热效率较高，初投资稍低，无需占据室内贮热空间需专业运行维护，分户热水难以均匀，物业管理不便2.2不同的一体化方式的优缺点2.3适用于上海的一体化方式新增建筑集中占总增加面积的85.6%新建住宅中8层以上占新建居住面积比例的70%以上上海地区人口众多，建筑分布密集，热水量需求高各种适用于多层、高层的太阳能热水系统分体式太阳能热水系统集中集热集中供热太阳能热水系统集中集热分户供热太阳能热水系统---《上海市太阳能热水系统民用建筑应用技术推广目录》

建筑物类型

系统选择居住建筑公共建筑低层多层高层养老院学生宿舍办公楼宾馆医院游泳馆集热与供热水范围集中供热水系统—●—●●●●●●集中-分散供热水系统●●●●●—●●—分散供热水系统●●●——————集热循环系统运行方式自然循环系统———●●————强制循环系统●●●●●●●●●集热器布置位置屋顶●●●●●●●●●墙面/阳台—●●——————集热器形式真空管●●●●●●●●●平板●●●●●●●●●水箱位置阳台●●●——————屋顶—●●●●●●●●阁楼●●—●●————地下室●●●●●●●●●地面设备间●●●●●●●●●给水方式重力式——●——————压力式●●●●●●●●●集热器内传热工质直接加热●●●●●●●●—间接加热●●●●●●●●●辅助加热热源电●●●●●————燃气●●●●●●●●●空气源热泵●●●●●●●●●地源热泵●—————●●●辅助热源启动方式全日自动启动系统●—————●●●定时自动启动系统●●●●●●●●●按需手动启动系统●●●●—————2.3适用于上海的一体化方式摘自《上海市民用建筑太阳能热水系统应用技术规程》2.4阳台壁挂式电辅助太阳能热水系统与建筑的结合分析对39－302和1－302进行了对比测试，该两户的太阳能热水系统是一样的，不同的是39－302的太阳能集热器垂直安装在客厅阳台的南立面上，而1－302的太阳能集热器平面与客厅阳台的南立面有12°的夹角。Ta(℃)Rad(MJ/m2)Heat(MJ)Eff39－30227.319.807.025.08%1－30227.3113.9813.534.24%2.4.1阳台壁挂式电辅助太阳能热水系统与建筑的结合分析——太阳能集热器角度对比PresettemperatureoperationofauxiliarySpring55℃5:00-6:0018:00-19:00Summer50℃18:00-19:00Autumn55℃18:00-19:00Winter60℃5:00-6:0018:00-19:002.4.2阳台壁挂式电辅助太阳能热水系统与建筑的结合分析——用户用水习惯影响阳台壁挂式太阳能热水器与建筑结合美观与倾斜放置的太阳能热水系统相比，为达到相同的全年太阳能保证率，需采用一定的面积补偿在保证安全的情况下，可尽量使得集热器与建筑有一定夹角备注：左图中的曲线是根据上海天气光照的平均水平计算的。12月与2月份的光照相对增多。2.4.3阳台壁挂式电辅助太阳能热水系统与建筑的结合分析——太阳能保证率研究2.5太阳能光热幕墙热水系统与建筑的结合分析燃气辅助太阳能热水器原理图当太阳能热水温度满足用热需求时，燃气热水器不启动当太阳能热水温度不满足用热需求时，燃气热水器启动最大可能地运用了太阳能集热热量2.6燃气辅助分体式太阳能热水系统与建筑的结合分析太阳能热水器集热温度全年变化燃气辅助太阳能热水器与单使用燃气热水器耗气量对比从上海地区全年太阳热水器集热温度变化，可看出即使在夏季太阳热水器也不能保证洗浴的全天候进行，但在冬季多数情况下太阳热水器仍能集热20-40℃，具有一定的可利用性。从相同条件下太阳能燃气复合热水系统与单用燃气热水器系统全年燃气耗量对比可看出，上海地区需燃气热水器补充燃烧时间为196天，需燃气量为39.754Nm3，若全年采用燃气热水器达到复合热水系统同样的洗浴效果，则燃气耗量为164.25Nm3，太阳能与燃气复合热水系统节气效果明显。2.6.1燃气辅助分体式太阳能热水系统与建筑的结合分析——燃气节约情况方案一:约120L，集热面积2m2太阳热水器+12L燃气热水器方案二:12L燃气热水器初投资/元年运行费用/元方案一380097.65方案二1800410.63注：上海地区费用比较两种方案费用对比2.6.2燃气辅助分体式太阳能热水系统与建筑的结合分析——经济性分析屋面集热系统分户贮热系统2.7集中式太阳能热水系统与建筑的结合分析集中集热集中贮热集中集热分户贮热2.7.1集中式太阳能热水系统与建筑的结合分析——系统图2.7.1集中式太阳能热水系统与建筑的结合分析——系统图集中集热分户贮热集中集热集中贮热2.7.2集中集热-分户贮热太阳能热水系统——太阳能耦合燃气热水系统上海青浦华新镇某小区。集中集热-分户贮热太阳能热水系统；燃气辅助加热；每栋楼55.8㎡集热器，每户人家5.6㎡；每户120L集热水箱；2.7.2集中集热-分户贮热太阳能热水系统——太阳能耦合燃气热水系统太阳能集热系统；控制系统；燃气辅助系统；系统特点：热水输出迅速稳定；多能互补；合理分配能源；2.7.2集中集热-分户贮热太阳能热水系统——太阳能耦合燃气热水系统2.7.2集中集热-分户贮热太阳能热水系统——太阳能耦合燃气热水系统用水模式一：1户保证率91%；10户保证率70%；保证率提高30%；用水模式一：1户保证率91%；10户保证率66%；保证率提高37.7%；节能充分利用太阳能热泵高效制热能利用地热、浅层水源热能等；安全水电分离无烟气等有害气体产生可靠摆脱了对天气条件的依赖；连续高效供热；产业基础好，配套工业基础完善；2.8.1太阳能热泵热水器与建筑的结合分析——优势分析2.8.2太阳能热泵热水器与建筑的结合分析——工作原理2.8.3太阳能热泵热水器与建筑的结合分析——太阳能热泵热水器2.8.4太阳能热泵热水器与建筑的结合分析——直膨式太阳能热泵热水器新吹胀板系统（蒸发器）蒸发/集热板某品牌太阳能热泵热水器安装效果2.8.4太阳能热泵热水器与建筑的结合分析——直膨式太阳能热泵热水器2.8.5太阳能热泵热水器与建筑的结合分析—COP对比太阳能热泵热水器COP2.8.6太阳能热泵热水器与建筑的结合分析—经济性三、建筑和太阳能热水系统的控制运行优化建筑结合太阳能热水系统运行控制优化系统控制的一般措施要求太阳能热水系统可以采取的防冻措施太阳能热水系统可以采取的防过热措施3.1

建筑结合太阳能热水系统运行控制优化系统控制的一般要求采用强制循环的集热循环系统中宜采用温差控制太阳能集热器用温度传感器应能承受250℃的温度、贮水箱用温度传感器应能承受100℃的温度，其精度均为±1℃。热水供应系统的循环水泵在非热水供应时段应能自动关闭。3.1.1

建筑结合太阳能热水系统运行控制优化——系统控制的一般要求太阳能热水系统可以采取的防冻措施手动排空防止结冻自动控制阀门启闭的排空方式自动控制系统中的水循环做到防冻在水中加入冷冻液防冻3.1.2建筑结合太阳能热水系统运行控制优化——防冻措施太阳能热水系统可以采取的防过热措施自动排气阀防过热就近供热用于太阳能空调风冷换热器环境散热采取集热器遮盖措施分区运行3.1.3建筑结合太阳能热水系