太阳能热水系统建筑设计与思考

1、太阳能热利用设计师培训教材 太阳能热水系统建筑应用设计与思考讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n建筑应用概述n设计关注问题n案例与思考提纲讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 全球光照强度示意讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 中国太阳能资源分布讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 德国 3升房讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 丹麦 绿色灯塔讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 美国 科罗拉多法院公寓讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 奥地利 太阳能公寓讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 相关政策n国家国家可再生能源中长期发展规划可再生能源中长期发展规划提出：到提

2、出：到2020年，太阳能热年，太阳能热水器总集热面积将达到水器总集热面积将达到3亿平方米，替代约亿平方米，替代约5000万吨标准煤。万吨标准煤。n国家和各省市纷纷出台有关太阳能光热利用的政策，推进太阳能国家和各省市纷纷出台有关太阳能光热利用的政策，推进太阳能在建筑中的规模化应用在建筑中的规模化应用。2007年-2008年国家发改委推进全国太阳能热利用工作实施方案深圳、邢台、济南、烟台、合肥以及江苏、江西等省 共40多个城市强制要求12层以下住宅应用太阳能光热系统2009年国家出台太阳能热水器下乡补贴政策（13%）2010年北京、山东等各省市陆续出台补贴政策讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材

3、 相关政策n住房和城乡建设部副部长仇保兴指出住房和城乡建设部副部长仇保兴指出了保障性住房未来的发展方向。他强调，了保障性住房未来的发展方向。他强调，一定要把价格低廉的保障房建成节能、一定要把价格低廉的保障房建成节能、节水、节地、节材的绿色建筑。大规模节水、节地、节材的绿色建筑。大规模地推广太阳能等可再生能源在建筑的应地推广太阳能等可再生能源在建筑的应用，助推绿色建筑的发展。用，助推绿色建筑的发展。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 太阳能政策实施日期目标优惠政策北京市加快太阳能开发利用促进产业发展指导意见2010.01.01 2012年集热器面积达到700万m2；同时阳光校园的覆盖率达到5

4、0%；2020年集热器面积达到1100万m2。200元/m2保障性住房政策北京n2008年年9月月29日，北京市出台日，北京市出台廉租房、经济适用房及两限房建设技廉租房、经济适用房及两限房建设技术导则术导则经济适用房和廉租房应采用太阳能热水系统，并优先使用经济适用房和廉租房应采用太阳能热水系统，并优先使用集中式太阳能热水系统。两限房提倡采用太阳能热水系统。太阳能热水集中式太阳能热水系统。两限房提倡采用太阳能热水系统。太阳能热水系统宜与建筑一体化设计和施工。凡用集中式太阳能热水系统时应设分系统宜与建筑一体化设计和施工。凡用集中式太阳能热水系统时应设分户计量装置。户计量装置。讲师：李旭东太阳能热利

5、用设计师培训教材 天津中新生态城 积极推广新能源技术，加强能源梯级利用，提高能源利用效率。 优先发展地热能、太阳能、风能、生物能等可再生能源。 可再生能源使用率达到20%。 讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 江苏n2010年3月底，江苏省12个保障房项目的绿色建筑设计标准通过了专家评审，成为江苏省首批保障性住房绿色建筑评价标识项目。其中4个项目被授予绿色建筑二星级设计评价标识，8个项目被授予绿色建筑一星级设计评价标识。据介绍，这12个保障房项目的共同点是，均能因地制宜地运用成熟的太阳能等绿色建筑技术。n2010年4月1日，江苏省出台关于加快保障性安居工程建设的意见，规定从2011年起，各

6、地新建的廉租房、公共租赁房一律按成品房标准建设，并按国家和江苏省居住建筑节能标准设计建造，引导鼓励保障房创建绿色建筑。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 深圳n2010年9月，发布关于我市保障性住房应按照绿色建筑标准建设并落实节能减排措施的通知所有新建保障性住房必须按照绿色建筑标准建设，并安装太阳能热水系统和使用绿色再生建材产品。n在太阳能屋顶计划中规定，从2010年12月1日起，新建保障性住房全部安装太阳能热水系统。深圳光明新区作为首批国家级“绿色建筑示范区”试点单位，率先在保障性住房推广绿色建筑标准的行动。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n1. 供水均衡，满足全部用户使用太阳能

7、热水的需求 ；n2. 降低辅助热源的能源消耗，真正实现“辅助功能”；n3. 集热器的布置合理；n4. 系统设计参数取值合理；n5. 太阳能热水系统设计与建筑工程设计同步进行。建筑应用中设计关注的问题讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 2022-3-516n系统形式的选择；n辅助热源的选择；n精细化设计；n设计参数的选择；n一体化设计。设计要点讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 p 优点灵活： n1. 各住户的太阳能热水系统相互独立，互不影响；n2. 运行较稳定，技术成熟；n3. 安装简单方便；n4. 系统投资最低；n5. 不存在收费管理问题。p 需关注问题一体化程度低： n1. 低层住

8、户使用可靠性；n2. 与建筑物外观相协调；n3. 管道敷设空间受限；n4. 不能实现热水资源共享，热水资源存在“旱涝不均”的问题。系统形式 屋顶分散式讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 p 优点灵活：n1. 住户的太阳能热水系统相互独立，互不影响；n2. 运行较稳定，技术成熟；n3. 各户水箱可放置灵活，如设备间、卫生间、厨房、阳台等位置；n4. 不存在收费管理问题。n5. 一体化程度较高p需关注问题： n1. 产品安全性要求高；n2. 管道穿越卧室；n3. 受倾角或低层遮挡等因素的影响； n4. 光污染；n5. 不能实现热水资源共享。系统形式阳台壁挂式讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教

9、材 p 优点传统、可靠： n1. 可实现热水资源共享，不受楼层高低限制；n2. 一体化程度高； n3. 系统运行可靠，维修率低；n4. 系统投资较低，运行较稳定，运行成本低。p 需关注问题：n1.计量收费、核算运行成本和费用，制定合理的热水收费标准；n2.热水箱设置占用建筑空间；n3. 系统分区及水压平衡问题；n4. 水质保障。系统形式集中集热集中储热系统讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 系统形式集中集热分户储热系统p 优点集中集热资源共享、分散储热运行灵活： n1. 不受楼层高低限制，并可以实现太阳能热能资源共享；n2. 可以根据楼面建筑情况灵活布局，容易实现与建筑物相协调；n3. 运

10、行可靠，维修率低； n4. 不存在热水和辅助能源的收费问题； n5. 集热系统集中放置在屋面位置，各户贮水箱可在室内灵活放置；n6. 避免高层建筑热水系统供水分区和管路过多。p 需关注问题造价：n1. 水箱采用承压型储热水箱，并带有电加热功能，系统成本稍高。n2. 系统相对复杂，电气控制系统应特殊设计，前期设计应与其它专业密切配合。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 集中集热分散储热系统是未来中高层居住建筑太阳能热水系统的重要发展方向之一。对于中高层公共建筑，可采用集中集热集中储热系统。在能够通过补偿措施和技术措施，解决低层用户的用水需求的情况下，可采用分户集热分户储热系统。讲师：李旭东系

11、统形式集中集热分户储热系统太阳能热利用设计师培训教材 辅助热源的选择n太阳能热水系统中，辅助热源的类型对最终运行费用有较大影响。序号热源种类每吨热水能源成本价（元）优点不足1地热水5 能源成本低 只能在非采暖季使用2燃 气20.84 能源成本较低 近期供应与长期价格风险较高 安全性低3电加热29.26 布置灵活，易于与建筑结合 安全 能源成本高 辅助热源选择n 在热水需求量较少的情况下，建议采用电辅助加热；n 在热水需求量较大的情况下，且具备燃气供应条件，则建议采用燃气辅助加热。n 在有地热水等其他可再生能源的条件下，可采取与其它辅助热源相结合的方式，满足不同季节的使用热水要求。讲师：李旭东太

12、阳能热利用设计师培训教材 精细化设计 太阳能集热器是热水系统的关键部件，安装中应满足“采光面充分、方位南向”等技术要求，以实现最大程度的吸收太阳辐射。 中高层建筑的集热器一般安装在楼顶或阳台等位置，因此系统设计时，应考虑场地面积、日照条件、建筑结构安全性和建筑外观整体等因素。n可安装的集热器面积n日照分析n建筑外观n所需的集热面积n场地面积n安装方位、倾角讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 设计参数的确定n1. 太阳能保证率 fn指在一定时间段内太阳能热水系统中太阳能可以提供的热量占系统总耗热量的百分比。nf 初始值选取时，对预期投资规模较大，偏重于冬季使用时可选较大值，反之可选较小值。n

13、确定步骤n保证率推荐值n集热器总面积、得热量n估算投资回收期n开发商预期投资回收期n调整f，最佳投资收益比n影响因素n太阳辐照n气候条件n系统热性能n用水规律n热水负荷n系统利用成本n开发商预期投资规模讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 设计参数的确定n2. 初始水温n指集热器的自来水供水温度。w nmn1mtt0.35(tt)n经验公式：wntmtn 1tn 当第n月的冷水温度，；n 当地全年平均室外温度，；n 当地第n月的前一个月的平均室外温度，1月的前一个月是12月，。月份123456789101112Ta（）-4-1.6513.22024.126.425.520.813.65.2-

14、1.6n 因此，应根据热水使用规律，确定最佳初始水温。n以某市为例，对于全年使用的系统，经计算可得全年平均冷水温度为12 。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 建筑一体化设计讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 建筑一体化设计n解决一体化问题必须从设计阶段开始，并做到同步设计、同步施工和同步竣工验收。n太阳能热水系统与建筑的一体化主要包括三个方面的内容： 外观一体化、管道布局一体化、建筑结构一体化。 应根据建筑外形的特点合理选择和摆放太阳能集热器，可根据集热器的安装需求局部调整建筑外形。应妥善解决太阳能集热器的摆放和安装问题，同时考虑建筑物的承重、防水等功能不受影响。应满足系统管路施工和

15、场地施工条件等要求。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 建设规模： 26栋楼 (11层6栋，16层6栋，18层6栋，20层8栋); 2424户, 居住人口7757人。 示范面积：15.06万m2（住宅） 集热器面积： 2984 m2 集热器类型：热管真空管集热器设计案例 天津华明镇顶秀欣园讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 太阳能集热器 换热水箱（80L，每户一个） 落水水箱 管道 循环泵组 控制器等设备n系统组成设计案例 天津华明镇顶秀欣园讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n设计案例n设计案例 天津华明镇顶秀欣园太阳能热利用设计师培训教材 n1. 此工程已于2010年全部完工并

16、业已入住，实际使用效果还需时间的检验。n2. 此工程中的样板太阳能热水系统正在进行长期跟踪测试，从初步的测试结果来看，此系统较好的解决了水箱承压、水箱换热效果、热量分配等难点，完全达到了设计要求，运行效果良好。 设计案例 天津华明镇顶秀欣园讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 相似案例讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 生活热水负荷分析序号用水名称平均日用热水量（m3）耗热量（kW）1学术交流中心9.8562青年公寓21.61503教工宿舍8.0564校医院3.3455浴室5626696学生、教师食堂23114827留学生公寓1期928348留学生公寓2期288349专家公寓4.3301

17、0留学生食堂56.736411体育馆107012游泳馆5724613总计577.66013 平均日热水消耗量为577.6m3; 耗热量为6013kW。讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 热水系统供应形式n构造了三种供应形式：n全部集中供应、全部分散供应、集中分散相结合的供应。n集中3n集中1n集中热水系统提供满足区域热水需求量的70%。n其余建筑采用以建筑单体为单位的热水系统。n结合区域实际情况，建议采取集中分散相结合的方式。n集中2讲师：李旭东讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 序号热源种类每吨热水能源成本价（元）优点不足1太阳能1015 能源成本低 提高可再生能源利用率 初投资高2

18、地热水5 能源成本低 只能在非采暖季使用3燃 气20.84 能源成本较低 近期供应与长期价格风险较高4电加热29.26 布置灵活，易于与建筑结合 安全 能源成本高热源形式比较讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n天津市建筑设计院n绿色建筑机电技术研发中心热源形式比较n热源形式选择序号热源形式适用建筑1太阳能+地热（非采暖季）+燃 气游泳馆留学生食堂学术交流中心3个集中热水站2太阳能+地热（非采暖季）+电加热专家公寓体育馆教工宿舍青年公寓校医院 集热器安装面积：9370m2； 增投资： 1550 万元； 年节能量： 21.6106 MJ； 投资回收期n 相对于燃气锅炉，8 年；n 相对于电锅

19、炉，5.5 年。 二氧化碳减排量: 1930 吨/年。n n太阳能系统效益分析讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n集热器选型选用要素集热器类型平板型全玻璃真空管型金属玻璃真空管型运行期内最低环境温度高于0可用可用可用低于0不可用可用可用全年集热效率冬季偏低中高运行方式承压、非承压非承压承压、非承压与建筑外观结合程度好一般较好易损程度低高中价格低、中、高中中、高n平板型集热器n全玻璃真空管集热器n金属玻璃真空管集热器太阳能热利用设计师培训教材 2022-3-538计算机模拟辅助设计讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n整个规划区域设计安装 8120 m2 的集热器。n天津市建筑设计院n

20、绿色建筑机电技术研发中心集热器安装面积n专家公寓n8m2n集2n1500m2n集3n460m2n集1n3500m2n校医院n50 m2n游泳馆n810 m2n体育馆n160m2n教工宿舍n130 m2n青年公寓n350 m2n学术交流中心n160 m2n留学生食堂n930m2 增投资： 1350 万元； 年节能量： 18.7106 MJ； 投资回收期n 相对于燃气锅炉，8 年；n 相对于电锅炉，5.5 年。 二氧化碳减排量: 1675 吨/年。n n太阳能系统效益分析讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n 光热系统：通过太阳辐射在建筑不同表面的强度分析，建筑立面和屋顶可利用面积分析，确定最

21、佳太阳能集热器安装位置和安装方式建筑一体化。n 光导照明：根据年日照时数模拟，室外绿地和屋顶布置光导管，充分利用自然光减少照明能耗。计算机模拟辅助优化设计讲师：李旭东太阳能热利用设计师培训教材 n城市：天津（北纬=39.00，东经=117.00）n气候分区：寒冷 n建筑朝向：南 n建筑结构类型：钢框架结构 n体形系数：0.21 n总建筑面积：3528.5 m2 建筑总体积： 14744 m3n地上建筑面积 ： 3066 m2 地下建筑面积： 462.5 m2n建筑表面积：3096.24m2n建筑层数：2 n建筑物高度：8.00 m讲师：李旭东建筑名称：中新天津生态城公屋展示中心建筑名称：中新天津生态城公屋展示中心太阳能热利用设计师培训教材 讲师：李旭东建筑名称：中新天津生态城公屋展示中心建筑名称：中新天津生态城公屋展示中心太阳能热利用设计师培训教材 n设计目标n国家绿建n三星n生