楊辰昊上海太陽能適應性研究報告

上海地區(qū)太陽能熱水技術適應性研究報告上海交通大學代彥軍報告人楊辰昊報告目錄民用建筑用熱水特點和問題總結(jié)建筑與太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合的適用性分析建筑和太陽能熱水系統(tǒng)的控制運行優(yōu)化太陽能熱水系統(tǒng)運行管理措施研究一、

民用建筑用熱水特點和問題民用建筑調(diào)研分析居住建筑低層住宅多層住宅中高層住宅高層住宅公共建筑醫(yī)院，旅館等。游泳池，浴室等。1.1民用建筑調(diào)查分類公共建筑中太陽能熱水系統(tǒng)的利用居住建筑中太陽能熱水系統(tǒng)的利用共同特點用熱水需求主要為洗澡、飲用以及冬天取暖用水高峰為夜間低層建筑（1~3層）多層建筑（4~6層）中高層建筑（大于7~9層）高層建筑（10層以上）用戶數(shù)量較少建筑改動困難用戶量大用戶量大日照不佳住戶可利用公共面積受限低樓層用戶日照不佳低樓層用戶日照不佳住戶可利用公共面積較大住戶可利用公共面積受限住戶可利用公共面積受限建筑改動困難高樓層風大建筑改動困難1.2居住建筑的建筑特點及用熱水特點調(diào)研分析1.3居住建筑結(jié)合太陽能熱水系統(tǒng)可能存在的問題共同問題熱水系統(tǒng)與建筑熱水使用特點不匹配導致效率低下管線排布問題增加了建筑的承重陰雨天效率低下影響樓層美觀易破壞樓頂防水層低層建筑（1~3層）多層建筑（4~6層）中高層建筑（大于7~9層）高層建筑（10層以上）低樓層日照不足屋頂產(chǎn)權問題屋頂產(chǎn)權問題屋頂產(chǎn)權問題水壓過低導致使用不便抗風能力比較差抗風能力比較差抗風能力比較差成本相對較高水電計費問題水電計費問題水電計費問題管線過長浪費資源管線過長浪費資源管線過長浪費資源低樓層日照不足低樓層日照不足1.4公共建筑的建筑特點及用熱水特點調(diào)研分析（主要針對醫(yī)院、旅館和泳池等常見的利用太陽能熱水系統(tǒng)的建筑）日間需要不間斷供水熱水主要用于衛(wèi)生間用水時間主要集中在白天對熱水的需求量比較大對熱水的需求持續(xù)性較強熱水系統(tǒng)與建筑熱水使用特點不匹配導致效率低下；樓宇設計時未考慮太陽能的應用導致不美觀及效率低下；公共建筑較為密集，日照不佳排管影響建筑結(jié)構陰雨天效率低下易破壞樓頂防水層增加了建筑的承重影響樓層美觀抗風能力比較差1.5公共建筑結(jié)合太陽能熱水系統(tǒng)可能存在的問題（主要針對醫(yī)院、旅館和泳池等常見的利用太陽能熱水系統(tǒng)的建筑）新增建筑集中在市中心周圍的九個大區(qū)及崇明縣，占總增加面積的85.6%既有建筑中7層以下占主要比重，新建住宅中8層以上占新建居住面積比例的70%以上熱水應用方面，上海地區(qū)人口眾多，建筑分布密集，熱水量需求高1.6上海地區(qū)建筑與用熱水特點二、建筑與太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合適用性分析2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式平板式Flat-plate真空管式Evacuated-tube分體式Split集中式Centralized一體式Integral陽臺掛壁式Balcony2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式上海三湘四季花城分體陽臺壁掛式2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式上海綠地諾丁山分體陽臺壁掛式2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式A-O史密斯太陽能建筑一體化產(chǎn)品2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式滬上生態(tài)家2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式太平莊2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式萬科成花新苑平板集熱器屋頂安裝方式之一2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式山東德州蔚來城2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式海南三亞鳳凰酒店2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式2.1太陽能熱水與建筑結(jié)合的應用方式優(yōu)點缺點低層住宅緊湊式結(jié)構簡單、技術成熟、價格便宜不適宜大規(guī)模安裝，不適宜多層建筑分體式與建筑結(jié)合完美，熱水品質(zhì)高價格偏高多層住宅緊湊式結(jié)構簡單、技術成熟、價格便宜、可靈活安裝不適宜大規(guī)模安裝，影響建筑美觀陽臺壁掛式供水水質(zhì)好、無需計量供熱水、系統(tǒng)漏熱損失小初投資高、集熱性能受限、施工維修不便集中集熱-分戶貯熱分戶熱水均衡，后期管理方便初投資較高，系統(tǒng)效率稍低集中集熱-集中貯熱系統(tǒng)效率較高，可用于多層建筑不易管理分戶熱水難以均勻2.2不同的一體化方式的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點中高層住宅陽臺壁掛式供水水質(zhì)好、無需計量供熱水、容易維護初投資高，集熱性能受限集中集熱-分戶貯熱效率較高，分戶熱水均衡，配水系統(tǒng)無需計量初投資較高，需專業(yè)運營維護集中集熱-集中貯熱效率較高，初投資稍低，無需占據(jù)室內(nèi)貯熱空間需專業(yè)運行維護，分戶熱水難以均勻，物業(yè)管理不便高層住宅陽臺壁掛式供水水質(zhì)好、無需計量供熱水、容易維護初投資高，集熱性能受限集中集熱-分戶貯熱效率較高，分戶熱水均衡，配水系統(tǒng)無需計量初投資較高，需專業(yè)運營維護集中集熱-集中貯熱效率較高，初投資稍低，無需占據(jù)室內(nèi)貯熱空間需專業(yè)運行維護，分戶熱水難以均勻，物業(yè)管理不便2.2不同的一體化方式的優(yōu)缺點2.3適用于上海的一體化方式新增建筑集中占總增加面積的85.6%新建住宅中8層以上占新建居住面積比例的70%以上上海地區(qū)人口眾多，建筑分布密集，熱水量需求高各種適用于多層、高層的太陽能熱水系統(tǒng)分體式太陽能熱水系統(tǒng)集中集熱集中供熱太陽能熱水系統(tǒng)集中集熱分戶供熱太陽能熱水系統(tǒng)---《上海市太陽能熱水系統(tǒng)民用建筑應用技術推廣目錄》

建筑物類型

系統(tǒng)選擇居住建筑公共建筑低層多層高層養(yǎng)老院學生宿舍辦公樓賓館醫(yī)院游泳館集熱與供熱水范圍集中供熱水系統(tǒng)—●—●●●●●●集中-分散供熱水系統(tǒng)●●●●●—●●—分散供熱水系統(tǒng)●●●——————集熱循環(huán)系統(tǒng)運行方式自然循環(huán)系統(tǒng)———●●————強制循環(huán)系統(tǒng)●●●●●●●●●集熱器布置位置屋頂●●●●●●●●●墻面/陽臺—●●——————集熱器形式真空管●●●●●●●●●平板●●●●●●●●●水箱位置陽臺●●●——————屋頂—●●●●●●●●閣樓●●—●●————地下室●●●●●●●●●地面設備間●●●●●●●●●給水方式重力式——●——————壓力式●●●●●●●●●集熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)直接加熱●●●●●●●●—間接加熱●●●●●●●●●輔助加熱熱源電●●●●●————燃氣●●●●●●●●●空氣源熱泵●●●●●●●●●地源熱泵●—————●●●輔助熱源啟動方式全日自動啟動系統(tǒng)●—————●●●定時自動啟動系統(tǒng)●●●●●●●●●按需手動啟動系統(tǒng)●●●●—————2.3適用于上海的一體化方式摘自《上海市民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)程》2.4陽臺壁掛式電輔助太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析對39－302和1－302進行了對比測試，該兩戶的太陽能熱水系統(tǒng)是一樣的，不同的是39－302的太陽能集熱器垂直安裝在客廳陽臺的南立面上，而1－302的太陽能集熱器平面與客廳陽臺的南立面有12°的夾角。Ta(℃)Rad(MJ/m2)Heat(MJ)Eff39－30227.319.807.025.08%1－30227.3113.9813.534.24%2.4.1陽臺壁掛式電輔助太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——太陽能集熱器角度對比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陽臺壁掛式電輔助太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——用戶用水習慣影響陽臺壁掛式太陽能熱水器與建筑結(jié)合美觀與傾斜放置的太陽能熱水系統(tǒng)相比，為達到相同的全年太陽能保證率，需采用一定的面積補償在保證安全的情況下，可盡量使得集熱器與建筑有一定夾角備注：左圖中的曲線是根據(jù)上海天氣光照的平均水平計算的。12月與2月份的光照相對增多。2.4.3陽臺壁掛式電輔助太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——太陽能保證率研究2.5太陽能光熱幕墻熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析燃氣輔助太陽能熱水器原理圖當太陽能熱水溫度滿足用熱需求時，燃氣熱水器不啟動當太陽能熱水溫度不滿足用熱需求時，燃氣熱水器啟動最大可能地運用了太陽能集熱熱量2.6燃氣輔助分體式太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析太陽能熱水器集熱溫度全年變化燃氣輔助太陽能熱水器與單使用燃氣熱水器耗氣量對比從上海地區(qū)全年太陽熱水器集熱溫度變化，可看出即使在夏季太陽熱水器也不能保證洗浴的全天候進行，但在冬季多數(shù)情況下太陽熱水器仍能集熱20-40℃，具有一定的可利用性。從相同條件下太陽能燃氣復合熱水系統(tǒng)與單用燃氣熱水器系統(tǒng)全年燃氣耗量對比可看出，上海地區(qū)需燃氣熱水器補充燃燒時間為196天，需燃氣量為39.754Nm3，若全年采用燃氣熱水器達到復合熱水系統(tǒng)同樣的洗浴效果，則燃氣耗量為164.25Nm3，太陽能與燃氣復合熱水系統(tǒng)節(jié)氣效果明顯。2.6.1燃氣輔助分體式太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——燃氣節(jié)約情況方案一:約120L，集熱面積2m2太陽熱水器+12L燃氣熱水器方案二:12L燃氣熱水器初投資/元年運行費用/元方案一380097.65方案二1800410.63注：上海地區(qū)費用比較兩種方案費用對比2.6.2燃氣輔助分體式太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——經(jīng)濟性分析屋面集熱系統(tǒng)分戶貯熱系統(tǒng)2.7集中式太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析集中集熱集中貯熱集中集熱分戶貯熱2.7.1集中式太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——系統(tǒng)圖2.7.1集中式太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合分析——系統(tǒng)圖集中集熱分戶貯熱集中集熱集中貯熱2.7.2集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)——太陽能耦合燃氣熱水系統(tǒng)上海青浦華新鎮(zhèn)某小區(qū)。集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)；燃氣輔助加熱；每棟樓55.8㎡集熱器，每戶人家5.6㎡；每戶120L集熱水箱；2.7.2集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)——太陽能耦合燃氣熱水系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；燃氣輔助系統(tǒng)；系統(tǒng)特點：熱水輸出迅速穩(wěn)定；多能互補；合理分配能源；2.7.2集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)——太陽能耦合燃氣熱水系統(tǒng)2.7.2集中集熱-分戶貯熱太陽能熱水系統(tǒng)——太陽能耦合燃氣熱水系統(tǒng)用水模式一：1戶保證率91%；10戶保證率70%；保證率提高30%；用水模式一：1戶保證率91%；10戶保證率66%；保證率提高37.7%；節(jié)能充分利用太陽能熱泵高效制熱能利用地熱、淺層水源熱能等；安全水電分離無煙氣等有害氣體產(chǎn)生可靠擺脫了對天氣條件的依賴；連續(xù)高效供熱；產(chǎn)業(yè)基礎好，配套工業(yè)基礎完善；2.8.1太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析——優(yōu)勢分析2.8.2太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析——工作原理2.8.3太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析——太陽能熱泵熱水器2.8.4太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析——直膨式太陽能熱泵熱水器新吹脹板系統(tǒng)（蒸發(fā)器）蒸發(fā)/集熱板某品牌太陽能熱泵熱水器安裝效果2.8.4太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析——直膨式太陽能熱泵熱水器2.8.5太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析—COP對比太陽能熱泵熱水器COP2.8.6太陽能熱泵熱水器與建筑的結(jié)合分析—經(jīng)濟性三、建筑和太陽能熱水系統(tǒng)的控制運行優(yōu)化建筑結(jié)合太陽能熱水系統(tǒng)運行控制優(yōu)化系統(tǒng)控制的一般措施要求太陽能熱水系統(tǒng)可以采取的防凍措施太陽能熱水系統(tǒng)可以采取的防過熱措施3.1

建筑結(jié)合太陽能熱水系統(tǒng)運行控制優(yōu)化系統(tǒng)控制的一般要求采用強制循環(huán)的集熱循環(huán)系統(tǒng)中宜采用溫差控制太陽能集熱器用溫度傳感器應能承受250℃的溫度、貯水箱用溫度傳感器應能承受100℃的溫度，其精度均為±1℃。熱水供應系統(tǒng)的循環(huán)水泵在非熱水供應時段應能自動關閉。3.1.1

建筑結(jié)合太陽能熱水系統(tǒng)運行控制優(yōu)化——系統(tǒng)控制的一般要求太陽能熱水系統(tǒng)可以采取的防凍措施手動排空防止結(jié)凍自動控制閥門啟閉的排空方式自動控制系統(tǒng)中的水循環(huán)做到防凍在水中加入冷凍液防凍3.1.2建筑結(jié)合太陽能熱水系統(tǒng)運行控制優(yōu)化——防凍措施太陽能熱水系統(tǒng)可以采取的防過熱措施自動排氣閥防過熱就近供熱用于太陽能空調(diào)風冷換熱器環(huán)境散熱采取集熱器遮蓋措施分區(qū)運行3.1.3建筑結(jié)合太陽能熱水系