太陽能熱水系統(tǒng)建筑設(shè)計與思考

1、太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 太陽能熱水系統(tǒng)建筑應用設(shè)計與思考講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n建筑應用概述n設(shè)計關(guān)注問題n案例與思考提綱講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 全球光照強度示意講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 中國太陽能資源分布講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 德國 3升房講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 丹麥 綠色燈塔講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 美國 科羅拉多法院公寓講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 奧地利 太陽能公寓講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 相關(guān)政策n國家國家可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃提出：到提

2、出：到2020年，太陽能熱年，太陽能熱水器總集熱面積將達到水器總集熱面積將達到3億平方米，替代約億平方米，替代約5000萬噸標準煤。萬噸標準煤。n國家和各省市紛紛出臺有關(guān)太陽能光熱利用的政策，推進太陽能國家和各省市紛紛出臺有關(guān)太陽能光熱利用的政策，推進太陽能在建筑中的規(guī)?；瘧迷诮ㄖ械囊?guī)模化應用。2007年-2008年國家發(fā)改委推進全國太陽能熱利用工作實施方案深圳、邢臺、濟南、煙臺、合肥以及江蘇、江西等省 共40多個城市強制要求12層以下住宅應用太陽能光熱系統(tǒng)2009年國家出臺太陽能熱水器下鄉(xiāng)補貼政策（13%）2010年北京、山東等各省市陸續(xù)出臺補貼政策講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材

3、 相關(guān)政策n住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部副部長仇保興指出住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部副部長仇保興指出了保障性住房未來的發(fā)展方向。他強調(diào)，了保障性住房未來的發(fā)展方向。他強調(diào)，一定要把價格低廉的保障房建成節(jié)能、一定要把價格低廉的保障房建成節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材的綠色建筑。大規(guī)模節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材的綠色建筑。大規(guī)模地推廣太陽能等可再生能源在建筑的應地推廣太陽能等可再生能源在建筑的應用，助推綠色建筑的發(fā)展。用，助推綠色建筑的發(fā)展。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 太陽能政策實施日期目標優(yōu)惠政策北京市加快太陽能開發(fā)利用促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導意見2010.01.01 2012年集熱器面積達到700萬m2；同時陽光校園的覆蓋率達到5

4、0%；2020年集熱器面積達到1100萬m2。200元/m2保障性住房政策北京n2008年年9月月29日，北京市出臺日，北京市出臺廉租房、經(jīng)濟適用房及兩限房建設(shè)技廉租房、經(jīng)濟適用房及兩限房建設(shè)技術(shù)導則術(shù)導則經(jīng)濟適用房和廉租房應采用太陽能熱水系統(tǒng)，并優(yōu)先使用經(jīng)濟適用房和廉租房應采用太陽能熱水系統(tǒng)，并優(yōu)先使用集中式太陽能熱水系統(tǒng)。兩限房提倡采用太陽能熱水系統(tǒng)。太陽能熱水集中式太陽能熱水系統(tǒng)。兩限房提倡采用太陽能熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)宜與建筑一體化設(shè)計和施工。凡用集中式太陽能熱水系統(tǒng)時應設(shè)分系統(tǒng)宜與建筑一體化設(shè)計和施工。凡用集中式太陽能熱水系統(tǒng)時應設(shè)分戶計量裝置。戶計量裝置。講師：李旭東太陽能熱利

5、用設(shè)計師培訓教材 天津中新生態(tài)城 積極推廣新能源技術(shù)，加強能源梯級利用，提高能源利用效率。 優(yōu)先發(fā)展地熱能、太陽能、風能、生物能等可再生能源。 可再生能源使用率達到20%。 講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 江蘇n2010年3月底，江蘇省12個保障房項目的綠色建筑設(shè)計標準通過了專家評審，成為江蘇省首批保障性住房綠色建筑評價標識項目。其中4個項目被授予綠色建筑二星級設(shè)計評價標識，8個項目被授予綠色建筑一星級設(shè)計評價標識。據(jù)介紹，這12個保障房項目的共同點是，均能因地制宜地運用成熟的太陽能等綠色建筑技術(shù)。n2010年4月1日，江蘇省出臺關(guān)于加快保障性安居工程建設(shè)的意見，規(guī)定從2011年起，各

6、地新建的廉租房、公共租賃房一律按成品房標準建設(shè)，并按國家和江蘇省居住建筑節(jié)能標準設(shè)計建造，引導鼓勵保障房創(chuàng)建綠色建筑。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 深圳n2010年9月，發(fā)布關(guān)于我市保障性住房應按照綠色建筑標準建設(shè)并落實節(jié)能減排措施的通知所有新建保障性住房必須按照綠色建筑標準建設(shè)，并安裝太陽能熱水系統(tǒng)和使用綠色再生建材產(chǎn)品。n在太陽能屋頂計劃中規(guī)定，從2010年12月1日起，新建保障性住房全部安裝太陽能熱水系統(tǒng)。深圳光明新區(qū)作為首批國家級“綠色建筑示范區(qū)”試點單位，率先在保障性住房推廣綠色建筑標準的行動。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n1. 供水均衡，滿足全部用戶使用太陽能

7、熱水的需求 ；n2. 降低輔助熱源的能源消耗，真正實現(xiàn)“輔助功能”；n3. 集熱器的布置合理；n4. 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)取值合理；n5. 太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計與建筑工程設(shè)計同步進行。建筑應用中設(shè)計關(guān)注的問題講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 2022-3-516n系統(tǒng)形式的選擇；n輔助熱源的選擇；n精細化設(shè)計；n設(shè)計參數(shù)的選擇；n一體化設(shè)計。設(shè)計要點講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 p 優(yōu)點靈活： n1. 各住戶的太陽能熱水系統(tǒng)相互獨立，互不影響；n2. 運行較穩(wěn)定，技術(shù)成熟；n3. 安裝簡單方便；n4. 系統(tǒng)投資最低；n5. 不存在收費管理問題。p 需關(guān)注問題一體化程度低： n1. 低層住

8、戶使用可靠性；n2. 與建筑物外觀相協(xié)調(diào)；n3. 管道敷設(shè)空間受限；n4. 不能實現(xiàn)熱水資源共享，熱水資源存在“旱澇不均”的問題。系統(tǒng)形式 屋頂分散式講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 p 優(yōu)點靈活：n1. 住戶的太陽能熱水系統(tǒng)相互獨立，互不影響；n2. 運行較穩(wěn)定，技術(shù)成熟；n3. 各戶水箱可放置靈活，如設(shè)備間、衛(wèi)生間、廚房、陽臺等位置；n4. 不存在收費管理問題。n5. 一體化程度較高p需關(guān)注問題： n1. 產(chǎn)品安全性要求高；n2. 管道穿越臥室；n3. 受傾角或低層遮擋等因素的影響； n4. 光污染；n5. 不能實現(xiàn)熱水資源共享。系統(tǒng)形式陽臺壁掛式講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教

9、材 p 優(yōu)點傳統(tǒng)、可靠： n1. 可實現(xiàn)熱水資源共享，不受樓層高低限制；n2. 一體化程度高； n3. 系統(tǒng)運行可靠，維修率低；n4. 系統(tǒng)投資較低，運行較穩(wěn)定，運行成本低。p 需關(guān)注問題：n1.計量收費、核算運行成本和費用，制定合理的熱水收費標準；n2.熱水箱設(shè)置占用建筑空間；n3. 系統(tǒng)分區(qū)及水壓平衡問題；n4. 水質(zhì)保障。系統(tǒng)形式集中集熱集中儲熱系統(tǒng)講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 系統(tǒng)形式集中集熱分戶儲熱系統(tǒng)p 優(yōu)點集中集熱資源共享、分散儲熱運行靈活： n1. 不受樓層高低限制，并可以實現(xiàn)太陽能熱能資源共享；n2. 可以根據(jù)樓面建筑情況靈活布局，容易實現(xiàn)與建筑物相協(xié)調(diào)；n3. 運

10、行可靠，維修率低； n4. 不存在熱水和輔助能源的收費問題； n5. 集熱系統(tǒng)集中放置在屋面位置，各戶貯水箱可在室內(nèi)靈活放置；n6. 避免高層建筑熱水系統(tǒng)供水分區(qū)和管路過多。p 需關(guān)注問題造價：n1. 水箱采用承壓型儲熱水箱，并帶有電加熱功能，系統(tǒng)成本稍高。n2. 系統(tǒng)相對復雜，電氣控制系統(tǒng)應特殊設(shè)計，前期設(shè)計應與其它專業(yè)密切配合。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 集中集熱分散儲熱系統(tǒng)是未來中高層居住建筑太陽能熱水系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。對于中高層公共建筑，可采用集中集熱集中儲熱系統(tǒng)。在能夠通過補償措施和技術(shù)措施，解決低層用戶的用水需求的情況下，可采用分戶集熱分戶儲熱系統(tǒng)。講師：李旭東系

11、統(tǒng)形式集中集熱分戶儲熱系統(tǒng)太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 輔助熱源的選擇n太陽能熱水系統(tǒng)中，輔助熱源的類型對最終運行費用有較大影響。序號熱源種類每噸熱水能源成本價（元）優(yōu)點不足1地熱水5 能源成本低 只能在非采暖季使用2燃 氣20.84 能源成本較低 近期供應與長期價格風險較高 安全性低3電加熱29.26 布置靈活，易于與建筑結(jié)合 安全 能源成本高 輔助熱源選擇n 在熱水需求量較少的情況下，建議采用電輔助加熱；n 在熱水需求量較大的情況下，且具備燃氣供應條件，則建議采用燃氣輔助加熱。n 在有地熱水等其他可再生能源的條件下，可采取與其它輔助熱源相結(jié)合的方式，滿足不同季節(jié)的使用熱水要求。講師：李旭東太

12、陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 精細化設(shè)計 太陽能集熱器是熱水系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，安裝中應滿足“采光面充分、方位南向”等技術(shù)要求，以實現(xiàn)最大程度的吸收太陽輻射。 中高層建筑的集熱器一般安裝在樓頂或陽臺等位置，因此系統(tǒng)設(shè)計時，應考慮場地面積、日照條件、建筑結(jié)構(gòu)安全性和建筑外觀整體等因素。n可安裝的集熱器面積n日照分析n建筑外觀n所需的集熱面積n場地面積n安裝方位、傾角講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 設(shè)計參數(shù)的確定n1. 太陽能保證率 fn指在一定時間段內(nèi)太陽能熱水系統(tǒng)中太陽能可以提供的熱量占系統(tǒng)總耗熱量的百分比。nf 初始值選取時，對預期投資規(guī)模較大，偏重于冬季使用時可選較大值，反之可選較小值。n

13、確定步驟n保證率推薦值n集熱器總面積、得熱量n估算投資回收期n開發(fā)商預期投資回收期n調(diào)整f，最佳投資收益比n影響因素n太陽輻照n氣候條件n系統(tǒng)熱性能n用水規(guī)律n熱水負荷n系統(tǒng)利用成本n開發(fā)商預期投資規(guī)模講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 設(shè)計參數(shù)的確定n2. 初始水溫n指集熱器的自來水供水溫度。w nmn1mtt0.35(tt)n經(jīng)驗公式：wntmtn 1tn 當?shù)趎月的冷水溫度，；n 當?shù)厝昶骄彝鉁囟龋?；n 當?shù)氐趎月的前一個月的平均室外溫度，1月的前一個月是12月，。月份123456789101112Ta（）-4-1.6513.22024.126.425.520.813.65.2-

14、1.6n 因此，應根據(jù)熱水使用規(guī)律，確定最佳初始水溫。n以某市為例，對于全年使用的系統(tǒng)，經(jīng)計算可得全年平均冷水溫度為12 。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 建筑一體化設(shè)計講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 建筑一體化設(shè)計n解決一體化問題必須從設(shè)計階段開始，并做到同步設(shè)計、同步施工和同步竣工驗收。n太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的一體化主要包括三個方面的內(nèi)容： 外觀一體化、管道布局一體化、建筑結(jié)構(gòu)一體化。 應根據(jù)建筑外形的特點合理選擇和擺放太陽能集熱器，可根據(jù)集熱器的安裝需求局部調(diào)整建筑外形。應妥善解決太陽能集熱器的擺放和安裝問題，同時考慮建筑物的承重、防水等功能不受影響。應滿足系統(tǒng)管路施工和

15、場地施工條件等要求。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 建設(shè)規(guī)模： 26棟樓 (11層6棟，16層6棟，18層6棟，20層8棟); 2424戶, 居住人口7757人。 示范面積：15.06萬m2（住宅） 集熱器面積： 2984 m2 集熱器類型：熱管真空管集熱器設(shè)計案例 天津華明鎮(zhèn)頂秀欣園講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 太陽能集熱器 換熱水箱（80L，每戶一個） 落水水箱 管道 循環(huán)泵組 控制器等設(shè)備n系統(tǒng)組成設(shè)計案例 天津華明鎮(zhèn)頂秀欣園講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n設(shè)計案例n設(shè)計案例 天津華明鎮(zhèn)頂秀欣園太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n1. 此工程已于2010年全部完工并

16、業(yè)已入住，實際使用效果還需時間的檢驗。n2. 此工程中的樣板太陽能熱水系統(tǒng)正在進行長期跟蹤測試，從初步的測試結(jié)果來看，此系統(tǒng)較好的解決了水箱承壓、水箱換熱效果、熱量分配等難點，完全達到了設(shè)計要求，運行效果良好。 設(shè)計案例 天津華明鎮(zhèn)頂秀欣園講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 相似案例講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 生活熱水負荷分析序號用水名稱平均日用熱水量（m3）耗熱量（kW）1學術(shù)交流中心9.8562青年公寓21.61503教工宿舍8.0564校醫(yī)院3.3455浴室5626696學生、教師食堂23114827留學生公寓1期928348留學生公寓2期288349專家公寓4.3301

17、0留學生食堂56.736411體育館107012游泳館5724613總計577.66013 平均日熱水消耗量為577.6m3; 耗熱量為6013kW。講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 熱水系統(tǒng)供應形式n構(gòu)造了三種供應形式：n全部集中供應、全部分散供應、集中分散相結(jié)合的供應。n集中3n集中1n集中熱水系統(tǒng)提供滿足區(qū)域熱水需求量的70%。n其余建筑采用以建筑單體為單位的熱水系統(tǒng)。n結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，建議采取集中分散相結(jié)合的方式。n集中2講師：李旭東講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 序號熱源種類每噸熱水能源成本價（元）優(yōu)點不足1太陽能1015 能源成本低 提高可再生能源利用率 初投資高2

18、地熱水5 能源成本低 只能在非采暖季使用3燃 氣20.84 能源成本較低 近期供應與長期價格風險較高4電加熱29.26 布置靈活，易于與建筑結(jié)合 安全 能源成本高熱源形式比較講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n天津市建筑設(shè)計院n綠色建筑機電技術(shù)研發(fā)中心熱源形式比較n熱源形式選擇序號熱源形式適用建筑1太陽能+地熱（非采暖季）+燃 氣游泳館留學生食堂學術(shù)交流中心3個集中熱水站2太陽能+地熱（非采暖季）+電加熱專家公寓體育館教工宿舍青年公寓校醫(yī)院 集熱器安裝面積：9370m2； 增投資： 1550 萬元； 年節(jié)能量： 21.6106 MJ； 投資回收期n 相對于燃氣鍋爐，8 年；n 相對于電鍋

19、爐，5.5 年。 二氧化碳減排量: 1930 噸/年。n n太陽能系統(tǒng)效益分析講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n集熱器選型選用要素集熱器類型平板型全玻璃真空管型金屬玻璃真空管型運行期內(nèi)最低環(huán)境溫度高于0可用可用可用低于0不可用可用可用全年集熱效率冬季偏低中高運行方式承壓、非承壓非承壓承壓、非承壓與建筑外觀結(jié)合程度好一般較好易損程度低高中價格低、中、高中中、高n平板型集熱器n全玻璃真空管集熱器n金屬玻璃真空管集熱器太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 2022-3-538計算機模擬輔助設(shè)計講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n整個規(guī)劃區(qū)域設(shè)計安裝 8120 m2 的集熱器。n天津市建筑設(shè)計院n

20、綠色建筑機電技術(shù)研發(fā)中心集熱器安裝面積n專家公寓n8m2n集2n1500m2n集3n460m2n集1n3500m2n校醫(yī)院n50 m2n游泳館n810 m2n體育館n160m2n教工宿舍n130 m2n青年公寓n350 m2n學術(shù)交流中心n160 m2n留學生食堂n930m2 增投資： 1350 萬元； 年節(jié)能量： 18.7106 MJ； 投資回收期n 相對于燃氣鍋爐，8 年；n 相對于電鍋爐，5.5 年。 二氧化碳減排量: 1675 噸/年。n n太陽能系統(tǒng)效益分析講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n 光熱系統(tǒng)：通過太陽輻射在建筑不同表面的強度分析，建筑立面和屋頂可利用面積分析，確定最

21、佳太陽能集熱器安裝位置和安裝方式建筑一體化。n 光導照明：根據(jù)年日照時數(shù)模擬，室外綠地和屋頂布置光導管，充分利用自然光減少照明能耗。計算機模擬輔助優(yōu)化設(shè)計講師：李旭東太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n城市：天津（北緯=39.00，東經(jīng)=117.00）n氣候分區(qū)：寒冷 n建筑朝向：南 n建筑結(jié)構(gòu)類型：鋼框架結(jié)構(gòu) n體形系數(shù)：0.21 n總建筑面積：3528.5 m2 建筑總體積： 14744 m3n地上建筑面積 ： 3066 m2 地下建筑面積： 462.5 m2n建筑表面積：3096.24m2n建筑層數(shù)：2 n建筑物高度：8.00 m講師：李旭東建筑名稱：中新天津生態(tài)城公屋展示中心建筑名稱：中新天津生態(tài)城公屋展示中心太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 講師：李旭東建筑名稱：中新天津生態(tài)城公屋展示中心建筑名稱：中新天津生態(tài)城公屋展示中心太陽能熱利用設(shè)計師培訓教材 n設(shè)計目標n國家綠建n三星n生