1.新能源宿舍楼太阳能热水工程简析

项目总面积533336m²，一期开发即达333335m²，投资3.5亿元。为解决基地员工的食宿问题，兴建配套宿舍，可安排600人入住，并将配套宿舍区兴建成“可再生能源建筑应用示范项目”。

示范项目中采用太阳能及空压机余热回收技术。在宿舍安装太阳能热水系统，屋面及西立面墙安装平板太阳能集热器，并充分利用工厂生产设备空压机余热作为辅助热源，满足了企业员工生活热水的需求。

2.太阳能热水系统方案设计

太阳能光热利用及空压机余热利用，提供生活总热水量30m³/d。项目设计的主要内容:

(1)本示范项目涉及可再生能源领域:太阳能热利用，利用工厂生产设备空压机余热作为辅助热源。

(2)宿舍楼西面墙安装太阳能集热器126m²，既可防止太阳西晒，进而降低建筑物西端热量，又可提供热水量6m³，宿舍楼屋顶安装太阳能集热器330m²，不足部分及阴雨天气利用空压机余热作为补充，提供热水量30m³，全年太阳能保证率不小于0.5。

(3)太阳能集热器与空压机余热供热管道及水箱组成全天中央供应热水系统。

(4)宿舍楼顶安装水箱及太阳能板、循环泵等设备。

(5)设计充分满足了用户使用、施工安装和维护等安全、卫生、方便、舒适的要求。

(6)系统配备的输水管和电器、电缆线与建筑物其他管线统筹安排、同步施工、安全、隐蔽、集中布置，便于安装维护。

(7)大底水系统安装每日总计量装，便于统计节能示范数据。

(8)太阳能与建筑相结合设计，西立面幕太阳能集热器与建筑有机结合，成为建筑构件的一部分。

(9)在屋面安放太阳能板，起到屋面隔热，减少夏季热辐射；在宿舍楼西面墙安装太阳能集热器， 有效地减少西面墙因太阳辐射在夏热冬暖给建筑物造成的过多的热量，进而减少空调制冷耗能，达到节能减排的目标。

3.设计参数

佛山市位于中国广东省中南部，属亚热带季风性湿润气候区，气候温和，雨量充足。年平均气温22.1℃，1月最冷，平均13.4℃，7月最热，平均28.8℃，全年无霜期达350天以上。年降雨量1600~1700mm，西部和北部丘陵山地因地形抬升作用而稍多，年平均降雨日151天。雨季集中在4~9月，期间降雨量约占全年总降雨量的80%，夏季降水不均，早涝无定，秋冬雨水明显减少。

佛山地区太阳能总辐射量的季节变化参见下表。

佛山地区全年平均总太阳年辐射量5237.75MJ/m²，年日照时数1687.4h，年日照百分率达47%，属太阳能资源中等类型区。5~9月太阳辐射总量占全年的50%，7月日照总量最大，月总辐射量498.88M/m²，3月日照总量最小，月总辐射量470.89M/m³。全年太辐射分布比较均匀，冬季略小。

4.太阳能热水系统方案

(1)最大得热量设计。

佛山市年降雨日150天，约4/5出现在4~9月，其间各月多于10天，6月最多，达到18.8天，11月、12月为5天。年暴雨日约7天，除1月外，各月均可出现暴雨。但5~9月降雨多为短时阵雨，全年有近300天可利用太阳能。

根据建筑的不同受光面、不同地区的气候特点、不同的用途做优化组合设计，才能达到在最小面积获得最大年热量的效果，从而实现最大性价比。

综合以上分析，太阳能辐射量随季节、房屋朝向各有不同。太阳能集热器吸收太阳能直射辐射以水平方位的辐射量大，因此理论上应以楼面上安装太阳能集热器为主，外墙壁挂式或嵌入式太阳能集热器或阳台型集热器为辅，考虑到外墙壁挂式或嵌入式太阳能集热器更容易实现与建筑相结合，应该按外墙壁挂式太阳能集热器、楼面花架太阳能集热器、阳台型太阳能集热器的优先顺序实施外墙壁挂式或嵌入式太阳能时，根据无遮挡情况下各立面每月每日平均太阳辐射量的分析，并充分考虑冬季太阳能集热器运行的可能。因此理论上应该按南、西、东、西南、排列。东南的建筑立面优先顺序排列，来选择布置太阳能集热器的外墙立面。

(2)太阳能热水系统在建筑中太阳能集热器的安装应与建筑相结合。

太阳能热水器与建筑相结合是指太阳能设备、辅助加热系统及热水供应系统与建筑围护结构能很好地融合，并通过智能运行，以满足职工全天24h供应足量的、温度适宜且稳定的热水。

随着太阳热利用技术日趋完善，材质材料的优化选用，各种新型外墙壁挂式或嵌入式太阳能集热器、阳台型太阳能集热器、楼面花架式太阳能集热器、遮阳棚式太阳能集热器开始出现，为建筑

中安装太阳能集热器提供了安装空间。

因此，为了充分发挥太阳能既集热、又隔热节能的作用，本示范工程釆用西外墙壁挂式太阳能集热器和屋顶组合式太阳能集热器。

根据国家太阳能热水系统相关标准，目前水平面安装太阳能集热器产水量为70~120L/(m².d)，考虑阴雨天影响取中间值，产水量为90L/(m².d)，太阳能集热器产水量分布见下表。

考虑工程的经济性、能耗、使用效果等方面，本工程采用平板式太阳能集热器。正常晴天条件下(日曝辐射量不小于17000kJ/m²)，每平方米太阳能集热器每天可产55~70℃以上热水(自来水基础水温15℃计):夏季90~120kg；春秋70~100kg；冬秋70~93kg。按平均90kg/m²计算。

(1)太阳能保证率。

根据GB50364《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》和佛山市太阳能资源，本项目保证率选用50%。

(2)系统特点

本系统采用直接式太阳能集热系统，定温放水，节能更明显；热水供应采用节能变频技术，用水压力稳定，提高用水舒适度。

(3)能耗计算

能耗计算见下表。

设计安装4只7.5m³储热水箱，空压机余热回收设备回收效率80%，则选用空压机功率为130kW的空压设备就能满足需求。可以利用现有空压机运行产生的高温冷凝余热作为宿舍热水的补充热源；对空压机油产生的废热和压缩空气的废热进行回收利用，不仅满足工业生产热水的需要，而且提供满足生活热水所需的热量，与太阳能热水系统互补。

在宿舍热水系统中，太阳能与空压机余热联合供热，优先使用太阳能。生产工艺用热全部由空压机余热提供。

(4)主要设备配置

主要设备配置见下表。

西外墙幕墙式太阳能集热器与水平面安装太阳能集热器比较，因受光面有影响，其产水量约是水平面安装太阳能集热器的53%。

太阳能热水器与建筑相结合是指太阳能设备、辅助加热系统及热水供应系统与建筑围护结构能很好地融合，并通过智能运行，以满足职工全天24h供应足量的、温度适宜且稳定的热水。

随着太阳能热利用技术日趋完善，材质材料的优化选用，各种新开型外墙壁挂式或嵌入式太阳能集热器、阳台型太阳能集热器、楼面花架式太阳能集热器、遮阳棚式太阳能集热器开始出现，为建筑中安装太阳能集热器提供了安装空间。

平板型太阳能集热器技术参数，见下表所示。

5.空压机余热回收原理

空压机余热回收原理就是利用空压机的油(运行状态下是高温的)通过热交换器将热量交换到其他介质(水)来实现能量转移的技术。

空压机余热回收机是一款新型高效的余热利用设备，它是100%靠吸收空压机废热来把冷水加热的，没有能源消耗，所以简称零能耗热水器。作为一种新型高效的余热利用设备，主要用于解决员工的生活、工业热水等问题，因为工厂生产设备空压机产生大量的高温冷凝余热，我们只是对空压机原本排弃在空气中的热能进行回收再利用。

空压机余热回收原理，如图下图所示。

6.经济效益分析

(1)空压机余热回收效益。

空压机产生的废热用电热水器加热产生热量所需费用，按电费1.0元/kWh计算，电热水器的效率为80%。

空压机产生的废热用电热水器加热产生同样热量所需费用，见下表。

(2)空压机产生的余热用柴油锅炉所需的油费计算。

空压机产生的余热用柴油锅炉所需的油费计算，柴油的热值为4.184x104kj/kg，柴油锅炉与热交换器的总效率以0.75计算，则柴油通过锅炉的燃烧取得的有效热值为每千克柴油1380kj。

空压机产生的余热如用柴油锅炉获得所需的油费计算，见下表。

从以上数据可知空压机一年向大自然排出的余热按电能和柴油的费用计算有27.2万元。

(3)宿舍楼员工生活用水的情况。

宿舍楼员工生活用水情况，见下表。

利用空压机余热辅助热源代替空气源热泵辅助加热：年节省费用75150元。

太阳能系统节能效益，见下表。

初增投资增投资人民币858920.00元。年运行费用约30000:寿命期总增投资15年969592.00元。

计算如下：

太阳能系统年节能量为897797.28NMJ；

寿命期内太阳能热水系统的总节省费用为1649326.5元；

年限(当SAC=0时)为4.4年；

统计寿命期内二氧化碳的减排量为1540573.31kg。

立面墙太阳能集热器既可防止太阳西晒，进而降低建筑物西端热量，降低西面宿舍空调的使用能耗；又可提供生活热水；屋面太阳能集热板起到了屋顶隔热的效果，降低能量的消耗。

7.主要技术特点

(1)太阳能集热器采用新型幕墙式平板型太阳能集热器。

1)墙面幕墙式太阳能集热器，规格为2000m×1000m×92mm；

2)根据屋面及西立面墙太阳能集热器采光效果不同，采用2个太阳能循环系统。

2)太阳能集热器采用多种布置方式。

1)屋顶平板太阳能集热器采用多组并联布置，布局紧凑和预留消防通道；

2)立面采用幕墙式布置，兼顾效率和建筑美观。

(3)太阳能系统定温放水，与空压机余热联合供热，太阳能优先，提高太阳能利用率。

(4)系统采用集中集热，集中储热方案，充分满足员工用水特点及投资经济性要求，系统提供的热水水质好，符合用水卫生标准。

(5)太阳能热水系统智能自控瞬时启动，日出1h后即可产出一定数量的热水，满足定温即时热水供应需求。

(6)系统采用微机技术控制，实现系统智能化集成，可自动手动切换，可操控性强。

(7)系统的控制执行件采用优选产品，运行稳定可靠，科学节能，方便使用。

10.结语

通过本工程及类似工程的运用，在满足建筑方位的条件下，建筑物的西立面安装太阳能集热器，太阳能集热器幕墙式安装与立面墙结合，更能表现与建筑相结合的风格；将太阳能集热器融入建筑，使其成为建筑的一部分，突破了太阳能热水器的传统安装方式的限制。

从以下几方面扩大太阳能集热器安装的使用范围：

(1)推广运用高效平板承压型太阳集热器，提高太阳能集热器吸热效率。

2)足够的太阳能面积，配置节能型辅助加热，为住户提供高质量的生活热水。

(3)采用定温放水，优先使用太阳能，最大限度节约能源消耗。

(4)太阳能热利用系统，加装太阳能制冷机组，夏天为用户提供冷气；加装其他设备、冬天为用户提供暖气。

(5)太阳能结合生产设备空压机废热余热作为辅助热源，以保证生产部门和员工宿舍的热水供应，将是一个完美的结合，很值得进一步推广。