綠色生態(tài)城區(qū)太陽能光熱技術(shù)實施思路探討
——以中新天津生態(tài)城為例

李倩

（天津生態(tài)城綠色建筑研究有限公司，天津300450）

1 引言

可再生能源的規(guī)?；媚軌驕p少化石原料的消耗，優(yōu)化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)綠色生態(tài)城區(qū)可持續(xù)發(fā)展、改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量的有效措施，也是綠色生態(tài)城區(qū)建設(shè)的重要內(nèi)容之一。

在可再生能源利用方面，中新天津生態(tài)城具有天然優(yōu)勢，生態(tài)城屬于太陽能資源較豐富區(qū)，水平面上的年平均總太陽輻照量可達為5239.94MJ/m2·a，傾斜表面上的年平均總太陽輻照量達6103.55MJ/m2·a，為太陽能在生態(tài)城中的應(yīng)用提供了良好的自然資源基礎(chǔ)條件。

2 建筑太陽能熱水實施現(xiàn)狀

2.1 太陽能熱水系統(tǒng)存在的問題

太陽能光熱技術(shù)因其環(huán)保效益好、安全性能高、經(jīng)濟效益好等優(yōu)勢，成為目前建設(shè)項目應(yīng)用最為廣泛的可再生能源技術(shù)之一。但調(diào)研發(fā)現(xiàn)，太陽能熱水系統(tǒng)實際使用效果和設(shè)計預(yù)期有明顯差異，運行效果很不理想，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。①業(yè)主需求：部分業(yè)主對于分散式系統(tǒng)的售后服務(wù)較為不滿；頂層住戶較多反映噪音及漏水問題；集中式系統(tǒng)的業(yè)主認為水溫不足、水量不夠。②系統(tǒng)自身問題：屋面突出構(gòu)筑物對集熱設(shè)備進行遮擋；屋頂無機房的露天系統(tǒng)易出現(xiàn)水泵、管路損壞現(xiàn)象；屋頂設(shè)備極易出現(xiàn)噪音等問題。

本文以集中-分散式太陽能熱水系統(tǒng)為例，采用精細化設(shè)計手段從設(shè)計源頭提出解決方案，為綠色生態(tài)城區(qū)更好地推廣太陽能光熱技術(shù)提供技術(shù)支撐。

2.2 太陽能熱水系統(tǒng)精細化設(shè)計方法

太陽能光熱技術(shù)作為較成熟的一項技術(shù)，在實施過程中仍出現(xiàn)諸多問題，這反映出當前我國在大范圍推廣應(yīng)用太陽能光熱技術(shù)的同時，忽略了對其進行專業(yè)化的設(shè)計、施工、驗收及運行，導(dǎo)致太陽能熱水的使用效果大打折扣。本文以業(yè)主需求為出發(fā)點，從精細化設(shè)計角度解決業(yè)主訴求較多的噪聲和供水溫度較低的問題。

2.2.1 降低噪聲干擾

集中-分散式太陽能熱水系統(tǒng)是目前太陽能設(shè)計中采用較多的一種形式，該系統(tǒng)為避免熱量傳輸損失，太陽能設(shè)備機房一般靠近集熱熱源，設(shè)置在屋面。當系統(tǒng)運行時，水泵震動會通過樓板向下傳導(dǎo)，會對頂層業(yè)主產(chǎn)生噪聲干擾。

據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前太陽能相關(guān)規(guī)范標準未對太陽能設(shè)備機房有明確設(shè)計要求，更多地被當成一種產(chǎn)品出現(xiàn)在設(shè)計圖紙中，同樣作為建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)，要明確太陽能設(shè)備機房的設(shè)計要求，并且結(jié)合系統(tǒng)特點提出降噪措施。

①太陽能設(shè)備機房不應(yīng)毗鄰居住用房或在其上層或下層；水泵機組與基礎(chǔ)設(shè)置減振裝置，基礎(chǔ)自身采取減振措施；管道支架、吊架和管道穿墻、樓板處，采取防止固體傳聲的措施。

②設(shè)備機組模塊化設(shè)計，即將太陽能熱水系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備，包含水泵、管路、換熱器、儀器儀表及閥門等集成于一體，形成一體化模塊化機組，可大大縮小設(shè)備機房的占用面積，提高系統(tǒng)運行效率，降低設(shè)備運行噪聲。

2.2.2 優(yōu)化系統(tǒng)溫升

供水溫度不足也是太陽能熱水系統(tǒng)中常出現(xiàn)的問題，影響因素較為復(fù)雜，如集熱器遮擋嚴重、集熱器控制不合理、系統(tǒng)傳輸熱損失較大等[1]，本文重點分析設(shè)計過程中容易忽略的一些問題。

①避免無效集熱面積。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項目現(xiàn)場會出現(xiàn)集熱器被遮擋或自遮擋現(xiàn)象，必然會引起無效集熱。為解決該問題，太陽能熱水設(shè)計需與建筑方案設(shè)計以及施工圖設(shè)計同步，實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計，即在建筑規(guī)劃布局階段就要考慮太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計方案，并借助日照模擬的手段，按照GB 50364—2018《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標準》的要求布置集熱器。在建筑設(shè)計時，屋面形式盡量簡約，可避免建筑造型對集熱器產(chǎn)生遮擋。

②系統(tǒng)精準設(shè)計，指導(dǎo)系統(tǒng)運行。目前，太陽能相關(guān)規(guī)范標準對太陽能熱水的計算均為“年平均”概念，即氣象參數(shù)為“年平均日太陽輻照量”，依據(jù)單一氣象參數(shù)進行系統(tǒng)核算，計算過程粗糙，對系統(tǒng)后期運行無法給予指導(dǎo)。

本文利用計算機模擬工具對太陽能集熱器進行日照模擬分析，可得出該地區(qū)逐月太陽輻照量的變化情況，由此可確定系統(tǒng)適宜的運行策略。由圖1可知，當系統(tǒng)全年運行時，建議集熱器安裝傾角大于30°，利于冬季系統(tǒng)得熱；當系統(tǒng)季節(jié)運行時，建議集熱器傾角小于30°，在夏季太陽高度角較高時利于系統(tǒng)得熱。

圖1 天津地區(qū)不同傾角下單位集熱面積的逐月太陽輻照量MJ/m2

以某品牌平板型集熱器為例，分析不同輻照量下的集熱器效率，基于總面積和集熱器進口溫度的瞬時效率曲線如公式（1）所示。

經(jīng)計算，該品牌集熱器在3～10月份期間，集熱器的安裝傾角對于月均集熱效率的影響不大，且均處于較高水平；冬季期間，隨著集熱器安裝傾角的減小，集熱器月平均集熱效率衰減較快。從全年數(shù)據(jù)來看，集熱器安裝傾角在20°～40°時，冬季集熱器效率處于相對較高水平，系統(tǒng)全年運行時可以此為參照進行設(shè)計。

基于以上分析，設(shè)計師可分析太陽能熱水系統(tǒng)在不同月份的使用效果，進而確定整套太陽能熱水系統(tǒng)的運行策略，并為系統(tǒng)后期運行提供技術(shù)指導(dǎo)。

3 可再生能源管理提升

生態(tài)城可再生能源已大規(guī)模實施，在可再生能源管理方面應(yīng)大力加強，目前建立了生態(tài)城綠色建筑運維管理平臺，可對項目級可再生能源的運行情況進行分項管控，進而形成城區(qū)級可再生能源管理平臺，為綠色生態(tài)城區(qū)的可再生能源管理提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。

針對目前太陽能熱水出現(xiàn)的問題，建立項目級5G 無人值守智慧機房，太陽能系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過5G 傳輸對接項目樓宇運行監(jiān)控平臺，樓宇運行監(jiān)控平臺實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的展示、儲存、分析、上傳，同時，運行人員可通過監(jiān)控數(shù)據(jù)對系統(tǒng)實現(xiàn)自查，將問題反饋于生態(tài)城綠色建筑運維管理平臺，平臺進行數(shù)據(jù)及運行情況匯總，并反饋到系統(tǒng)維修及管理部門，實現(xiàn)太陽能系統(tǒng)的智慧運維。

4 結(jié)論

綠色生態(tài)城區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，需要切實地落實各項綠色技術(shù)。本文對太陽能光熱技術(shù)實施進行了闡述，太陽能熱水系統(tǒng)以滿足業(yè)主需求為出發(fā)點，采用精細化設(shè)計方法從設(shè)計源頭優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計?？稍偕茉蠢梅矫妫M一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，最大化地開發(fā)利用建筑蘊含的可再生能源資源，須提高能源利用效率，降低傳統(tǒng)能源消耗，最終實現(xiàn)建筑和城區(qū)的綠色生態(tài)發(fā)展。