太阳能热水系统可再生能源建筑应用设计专篇副本.doc

1 建设项目周围环境概况
1.1 项目地理位置
水南华庭二期工程位于柳州市鱼峰区，紧邻东环大道东一巷。
1.2 自然环境概况
1.2.1 地质地貌
柳州位于广西中北部，地形为“三江四合，抱城如壶”，故称“壶城”。又叫龙城，因城里每一个人都是龙的传人，从建城至今已有两千一百多年的历史。
柳州市，位于广西壮族自治区中北部，地处北纬23°54′～26°03′，东经108°32′～110° 28′之间。东与 桂林市的龙胜县、永福县和荔浦县为邻，西接河池市的环江毛南族自治县、罗城仫佬族自治县和宜州市，南接新设立的来宾市金秀瑶族自治县、象州县、兴宾区和忻城县，北部和西北部分别与湖南省通道侗族自治县和贵州省黎平县、从江县相毗邻。
柳州市总面积18617平方公里，其中市区面积约为1016.75平方公里，2013年末建成区面积约为237.42平方公里。总面积18618平方公里，其中市区面积685平方公里。
柳州市区地形平坦，微有起伏，海拔在海拔85至105米之间，东、西、北三面环山，具有典型的岩溶地貌特征。由于柳江穿流市区及气候、岩性、构造的影响，形成河流阶地地貌、岩溶地貌迭加的天然盆地。
柳江自北向南绕呈半岛形的柳北半岛，又向北，向东北又绕行向西南，最后向东南流出，故柳北半岛素有“世界第一盆景”的美誉。山峰点缀于城市之间，著名的有鱼峰山，马鞍山，鹅山，箭盘山，文笔峰，雀儿山等。城南有都乐岩，为喀斯特地貌溶洞典型。
1.2.2 气候特点
柳州市地处桂中北部，属中亚热带季风气候，影响柳州市的大气环流主要是季风环流，夏半年盛行偏南风，高温、高湿、多雨，冬半年盛行偏北风，寒冷、干燥、少雨。夏长冬短、雨热同季，光、温、水气候资源丰富，但地区差异较大，北部各县具有较明显的山地气候特征。太阳辐射量年平均为95～110千卡/平方厘米，南部多于北部，一年中以7～8月最高，1～2月最低。日照时数平均1250～1570小时。气温自北向南渐增，年平均气温北部18.1～19.4℃，其余20.1～20.7℃，年际变化北部小于中、南部，最高年与最低年相差1.3～2.0℃。最冷月1月平均气温7.2～10.4℃，历史上极端最低温度为-2.5～-5.8℃，高寒山区可达-8℃以上。最热月7月平均气温27.2～28.9℃，历史上极端最高气温为38.6～39.5℃。年总积温5700～6800℃，南北相差1100℃。
柳州市气象灾害主要有：春季低温阴雨和干旱，夏季的暴雨洪涝和雷雨大风，局部地方春夏之交季节有冰雹，秋季寒露风和秋旱，以及冬季的寒潮霜冻害。
（1）气温与日照
柳州市位于北纬23°54’-24°50’、东径108°14’-109°45’，地处中国广西的中部，座落在珠江流域西江水系柳江的中游，东北距山水甲天下的桂林150公里，西南距广西首府南宁２６４公里，距北部湾、邻国越南300多公里。 柳州又称龙城，是具有二千多年历史的文化古城之一，地处广西壮族自治区中部偏东，是全国的交通枢纽。柳州汉代置谭中县，隋代改名马平县，唐代开始称为柳州，后曾改为龙城郡，1946年设市，市区人口86万，杂居着汉、壮、侗、苗、瑶、仫佬等近30个民族。 柳州属亚热带季风气候，温度适宜、雨量充沛，日光充足，四季常绿，年平均气温20.5℃，年平均降雨量1400多毫米，年平均日照1600多小时，无霜期长达300天以上。。
（2）降水
年总降雨量1345～1940毫米，但地区分布和季节变化很大。雨季一般始于四月下旬，终于9月上旬初，这期间降水量占全年降水量的70%以上。雨量分布，北部多于南部，山区多于平原，融水县贝江流域为柳州市的一个多雨中心，年降水量可达2000毫米以上。多年平均蒸发量1600～1700毫米，自南向北渐减，南部超过1700毫米，大于降水量，为半湿半干状态，而北部的降水量多超过蒸发量，气候湿润。
1.2.3 水文
2007年，柳州市行政区444.4公里长的柳江河，水质达标的河流长为372.4公里，达标率为83.8%，柳州市有两个供水水源地接受监测评价，其中一个达到优良等级，一个为尚好等级。继续保持国家地表水Ⅲ类水质标准。
2009年柳江河饮用水保护河段继续保持国家地表水Ⅲ类水质标准，部分河段达到Ⅱ类水质标准.
柳州市总体上属珠江水系西江流域的柳江流域。柳江为境内最大河流，发源于贵州省独山县更顶村。其上游为都柳江、寻江和融江。融江在柳城县凤山与来自贵州的龙江汇合后称为柳江。柳江流经柳城县、柳江县、城区、鹿寨县，到象州县石龙附近的三江口，全长272公里。集雨面积58398平方公里。柳江自露塘进入城区。其穿越城中的一段，将柳州城北部半岛绕成壶形，故柳州城另有“壶城”的别称。
1.2.4 生态环境
项目所在区域为城市郊建成区，地势平坦，周围地表植被主要是原始的已有村落民居，现有道路为乡村水泥道路，由于受交通的频繁干扰及人类频繁活动，未见到大型野生动物，现存少量的小型动物主要为常见鼠类、鸟类等。项目所在区域属典型的城市人工生态系统。

2 工程分析
2.1 建设项目概况
2.1.1 项目基本情况和地理位置
水南华庭二期工程位于柳州市鱼峰区东环大道段，紧邻东环大道东一巷，道路交通十分便利。

2.1.2设计依据
1、《城市居住区规划设计规范》GB 50180—93（2002年版）
《住宅建筑规范》GB 50386—2005
《住宅设计规范》GB 50096-1999（2003年版）
《城市道路和建筑无障碍设计规范》JGJ50-2001
《民用建筑设计通则》GB 50352-2005
《建筑工程建筑面积规范》GB/T 50353-2005
《建筑设计防火规范》GB50016-2014
《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-97
《柳州市城乡规划管理技术规定（试用）》（2010年8月）
《广西壮族自治区居住建筑节能设计标准》(DB45／221-2007)
《民用建筑热工设计规范》(DB50176-93)
其它相关国家、地方法规规范
2、 甲方提供的招标文件, 项目建议书基地用地红线图，相关批文。
2.1.3规划设计指导思想
项目建设用地113468.31平方米，总建筑面积562191.07平方米。整个工程分四个用地相对规整的地块，场地高差较小。项目为安置房项目，配置少量社区配套商业，本方案力图创造一个富有活力、具有国际化理念、现代时尚及具有柳州区域文化魅力的宜居生活小区。
（一）规划原则与构思
水南华庭二期以市政道路交叉点为核心，用一条环线串接四个地块的出入口及景观中庭，形成“一心，一环，两轴，四组团”的布局模式。每个地块的布局即个性独立，又相得益彰。为保障工程的顺利实施，二期总平延续了一期的布局肌理，并在两期之间预留出宽敞的绿化共享空间。为适应柳州气候，小区建筑整体布局采用点板结合南北向错位布局。充足的日照，良好的通风，无遮挡的景观视线，保障了小区安置的均好性.规划中将15至17层的小户型沿整个地块周边道路布置，减小对城市空间的压力，有效隔绝了噪音等不利因素的影响。在地块中部，布置大户型的梯四并适当拔高建筑，形成每个组团的共享绿地和核心景观。
2.1.4道路交通系统
水南华庭二期工程设计中，各地块分别设置独立的车行出入口和人行出入口。地下室出入口靠近小区机动车出入口，方便机动车直接进入地下室，交通便捷顺畅，流线清晰，保证了小区内部的安全和静谧，有效地使人车分流，让机动车对小区住户的影响降低到最低。步行系统紧扣“一心，一环，两轴，四组团”的设计理念进行设计，以景观绿化轴为轴线，向各个组团的步行道延展，形成富有趣味的步行系统。小区内车行道兼作消防车道，高层住宅周边均设置环行消防车道，将建筑的一个长边设置为消防扑救面，在此范围内有直通室外的安全出口，满足扑救要求。
地块一临东西规划道路分别设置一个机动车出入口，东南侧设置小区人行出入口。地块二北侧和西侧临规划道路，南侧临近10#楼分别设置车行出入口。西南侧设置人行出入口。地块三和地块四南北两侧的临规划道路分别设置机动车出入口，临中央市民广场各设置一个人行出入口。
2.1.5住宅单体设计

1、住宅户型，以50 m2～150 m2左右的户型为主。
2、合理组织内部功能空间，平面紧凑,在有限的面积内,尽可能保证起居室、厨、卫跟卧室的舒适性, 并且保证每个户型都做到明厨明卫。提供了多样性的使用空间，进一步改善户型的通风采光，并且做到每户都能得到良好的日照。
3、各行为空间专用性明确,根据不同要求,做到动静分离或公私分离,符合家庭行为特征。
4、突出厨卫设计水准,合理有序地安排厨卫各项设备及设施,注意组织厨卫通风.
充分考虑本地居民的生活习惯，设计建造经济、功能适用的住宅体系，获得良好的采光、通风、朝向。 型体以简约的风格为主，体现时代特征：现代、典雅，温馨的形象。
2.1.6立面造型设计
本项目的立面设计力求现代感的手法，融合具有地域特色的中国古典建筑造型元素，力图延续文化的传承，体现柳州当地建筑的独特韵味，同时展示居民蒸蒸日上的精神风貌。巧妙地利用建筑体量之间的虚实对比，光影效果显著，极富变化。
 2.1.7消防设计
消防车可以从场地出入口进入，内部道路兼做消防通道，在场地内形成环形消防车道。高层建筑消防扑救面大于高层建筑的一个长边，且为硬质铺地或低矮草丛，消防车道转弯半径为9米，消防回车场15米*15米。
各地块地下室，分区划分防火分区,并设置自动喷淋系统, 且有足够的疏散出口及满足疏散宽度要求的疏散通道供使用,设备用房为单独防火分区,每个防火分区都有两个出口疏散。

2.1.8技术经济指标
总用地面积： 113468.31 m2
总建筑面积（含地下室）： 562191.07 m2
(一)地上计容建筑面积（不计入架空层部分）： 370616.10 m2
其中：
住宅建筑面积（计容）： 325740.24m2
商业用房面积（计容）： 38604.07m2
配套公建用房（计容）： 6271.79m2
(二)地下室建筑面积（不计容）： 191574.97m2
容积率： 3.27
占地面积： 30627.30m2
建筑密度： 26.99%
绿地面积： 34042m2
绿地率： 30%
新建总户数： 3198
停车率： 1.7
机动车总停车位（辆）： 5148
其中：
小汽车地下停车（辆）： 4877
小汽车地面停车（辆）： 541

3 可再生能源应用分析

3.1可再生能源应用条件评估及使用类型选择分析
3.1.1土壤源热泵
3.1.1.1土壤源热泵的构成及工作原理 
　　土壤源热泵是热泵的一种，它是利用地下土壤作为热泵低位热源的热泵系统，其构成主要包括三套管路系统:室外管路系统、热泵工质循环系统及室内空调管路系统。与一般热泵系统相比，其不同之处主要在于室外管路系统是由埋设于土壤中的聚乙烯塑料盘管构成。该盘管作为换热器，在冬季作为热源从土壤中取热，相当于常规空调系统的锅炉;在夏季作为冷源向土壤中放热，相当于常规空调系统中的冷却塔，其结构如图5-4所示，土壤源热泵的工作原理为:夏季空调时，室内的余热经过热泵转移后通过埋地换热器释放于土壤中，同时蓄存热量，以备冬季采暖用;冬季供暖时，通过埋地换热器从土壤中取热，经过热泵提升后，供给采暖用户，同时，在土壤中蓄存冷量，以备夏季空调用。 

3.1.1.2土壤源热泵系统的优缺点
土壤源热泵的优点
1）节省占地空间。
2）机组性能系数高， 节能效果好。
3） 地下换热器与土壤换热不受外界环境的影响， 由于土壤温度全年波动很小， 使土壤源热泵系统的运行效率比传统空调系统高40% ~ 60%， 因此能耗少， 运行工况稳定， 比传统集中式空调系统节省运行费用30%~ 60%.
4）环保、无污染。
5） 运行与维护费用低。
6） 系统可靠性强， 使用寿命长。
土壤源热泵系统的缺点
1） 土壤源热泵系统连续运行时， 热泵的冷凝温度、蒸发温度受土壤温度变化的影响而波动， 导致热泵运行效率下降。
2） 地下换热器的传热性能受土壤性质影响较大。
3） 由于土壤热导率较低， 地下换热器与周围土壤的传热量较少， 同时占地面积也较大(一般为采暖面积的2倍左右)。
3.1.1.2土壤源热泵在本项目应用的可行性分析
1）本项目位于柳州市鱼峰区，属于夏热冬暖地区，本地区能源使用特点为：夏季大量使用空调制冷，而冬季则较少使用机械采暖。若使用土壤源热泵系统，则在夏季室内余热经过热泵转移后通过埋地换热器释放于土壤中量蓄存热量，而冬季又较少使用机械采暖，大量蓄存热量无法在冬季散去，系统使用效率逐年降低，对环境土壤影响较大。埋地换热器受土壤性能影响较大，土壤的热工性能、能量平衡、土壤中的传热与传湿对传热有较大影响。
2）本项目为四栋，共八个单元的高层住宅（18层,544户），总用地18497.24平米，地下室占地12207.42平米，地下室埋深达6.3m，住宅建筑四周为基地内消防道路，并且地下室占地面积过大，制冷采暖面积大，基础埋深大，设备用房可用面积小等特殊条件，而换热盘管安装所需面积大，在本项目基中无法达到足够的节能比例要求，并且根据已有的经验表明，其持续吸热速率一般为25W/m²，当供热量一定时，换热盘管占地面积较大，埋管的敷设无论是水平开挖布置还是钻孔垂直安装，都会大大增加土建费用，经济性并不合理。
综上所述，通过对地区能源使有用特点、项目规模及经济性分析得出以下结论：土壤源热泵应用在本项目不合理
3.1.2地下水源热泵
3.1.2.1地下水源热泵的构成及工作原理
地下水源热泵是利用了地下水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟、排污等污染;供冷时省去冷却塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。地水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。

3.1.2.2地下水源热泵在本项目应用的可行性分析
本项目地下室埋深达6.3m，基础埋深较大，防水工艺要求复杂，项目体量大，所需水量大，对城市地下水造成过多不利影响。管井防漏水技术难度高，且不易维护。
综上所述，地下水源热泵在本项目应用不合理。
3.1.3地表水源热泵
3.1.3.1地表水源热泵的构成及工作原理
地表水是暴露在地表面的江、河、湖、海水体的总称，在地表水源热泵系统中使用的地表水源主要是指流经城市的江河水、城市附近的湖泊水和沿海城市的海水。地表水源热泵就是以这些地表水为热泵装置的热源，冬天从中取热向建筑物供热，夏季以地表水源作为冷却水使用向建筑物供冷的能源系统。
地表水源热泵系统可采用开式循环或闭路循环两种形式，参见图3-19。开式循环是用水泵抽取地表水在热泵的换热器中换热后再排入水体，但在水质较差时换热器中易产生污垢，降低换热效果，严重时甚至影响系统的正常运行；因而地表水热泵系统一般采用闭路循环，即把多组塑料盘管沉入水体中，或通过特殊换热器与水体进行换热，通过二次介质将水体的热量输送至热泵换热器，从而避免因水质不良引起的热泵换热器的结垢和腐蚀问题。原理示意图如下：

3.1.3.2地表水源热泵在本项目应用的可行性分析
本项目北侧临近贯穿柳州市市区的主要河流——八尺江，水量充沛，河槽稳定，河道深泓靠近岸边。根据柳州市水文站历年实测资料统计，邕江多年平均水位为63.30 m，多年平均流量为1360m3/s，多年平均年径流量为411.2亿m3，水量受雨季影响变化较大。
项目用地红线距八尺江直线距离约2.2公里，有条件利用江水。但项目所临河段为城市重点防洪地段，管道若从地下穿过防洪大堤及城市道路，施工难度大，并存在一定的安全隐患；管道若从地上取水八尺江，需以高架形式横穿八尺江路，对城市环境造成一定影响。在各相关管理部门报批程序复杂，时间长。另外，根据柳州市相关城市规划，近年以来正对城市水体景观进行改造，并将持续数年。邕江水面标高及相关周边数据有众多不确定性。

综上所述，若能取得各相关管理部门审批通过，进一步明确地理条件，地表水源热泵在本项目应用具有一定可行性
3.1.4污水源热泵
3.1.4.1污水源热泵的构成及工作原理
污水源热泵的技术状况和经济性与热源/热汇的特点密切相关。对热泵系统来说，理想的热源/热汇应具有以下特点：在供热季有较高且稳定的温度，可大量获得，不具有腐蚀性或污染性，有理想的热力学特性，投资和运行费用较低。在大多数情况下，热源/热汇的性质是决定其使用的关键。
污水源热泵采用污水作为水源热泵的热源/热汇，它具有以下特点：产生量大，几乎全年保持恒定的流量；夏季温度低于室外温度，冬季高于室外温度，而且在整个供暖季和供冷季，水温波动不大；含有大量的热能，据估计，城市社区产生的废热40%含在污水中。因此，污水与热泵一起使用为区域供热供冷提供一种理想的热源/热汇。
污水源热泵系统其供暖系统原理和普通水源热泵相同，主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构构成一个最简单的蒸汽压缩式热泵装置作为供热系统的热源。它通过蒸发器从污水中吸取热量Qe，在冷凝器中放出热量Qc（Qc=Qe+W）供给供热系统。这种供热系统只要消耗少量的电能W,便可得到满足房间供热所需要的热量Qc。
污水源热泵系统按照其使用的污水的处理状态可分为以未处理过的污水作为热源/热汇的污水源热泵系统和以二级出水或中水作为热源/热汇的污水源热泵系统；根据污水与热泵的热交换部分是否直接进行热交换，可分为间接利用系统和直接利用系统；从工况转换方式上看，大体可分为两种：一种是通过四通换向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的转换；另一种是水切换式，即通过阀门改变水流方向来实现工况转换。
3.1.4.2污水源热泵在本项目应用的可行性分析
城市管道污水量不足且不稳定，净化处理难度大，蓄水池面积大且投资成本过高。污水源热泵多应用于污水厂附近，才能方便取水，无需对水质净化处理进行重复投资造成浪费。
综上所述，污水源热泵在本项目应用不合理。
3.1.5太阳能光伏发电系统
3.1.5.1太阳能光伏发电系统的构成及工作原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以,光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器,下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源 无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在：
1）无枯竭危险；2）安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；3）不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区4）无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；5）能源质量高；6）使用者从感情上容易接受；⑦建设周期短，获取能源花费的时间短。
缺点：
1）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；2）获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关；3）产生的电力接入电网需要增加无功补偿设备；4）储能困难。
3.1.5.2太阳能光伏发电系统在本项目应用的可行性分析
本项目全部屋顶面积为3200 m2,而住户达3198户，节能效率无法满足相关规范要求，供电不稳定且储能困难，难以保证住户的正常使用。
综上所述，太阳能光伏发电系统在本项目应用不合理。
3.1.6太阳能热水系统
3.1.6.1太阳能热水系统的选择及工作原理
太阳能热水系统拟采用高效热交换式太阳能系统。在屋顶安装太能板及屋面承压水箱，单户内分别设置热水水箱，利用屋面太能产生热水进行热交换，阴雨天气等太阳光不足时，由用户安装电热水器辅助加热。户内水箱安装于阳台侧壁，与建筑完美结合。分户设置，方便管理及维修。热水靠自来水压力，自下而上，逐管使用，热水温度稳定。承压使用，安全可靠。安装集热器面积每户约需要1.5 m2，集水器容积约为3个300升，冬季温度50℃至80℃，夏季温度80℃至120℃，可满足3至4人的热水用水。真空集热管外径为125mm，既有良好的保温性能，又可作储热水使用。冷水给水管及热水管安装于用户地面找平层内。

3.1.6.2太阳能热水系统在本项目应用的可行性分析
本项目住宅高18层，居住总户数为3198户，方案拟采用太阳能热水系统，为1-18层住户提供，每户提供太阳能热水140L，按45L/人，每户3.5人计算）。每户太阳能集热板面积约1.5㎡，设在屋顶，可满足用水要求总集热板面积约800㎡
1）地理气象参数
地理位置：柳州市位于北纬24°21ˊ，东经109°24ˊ。
气候条件：太阳辐射量年平均为95～110千卡/平方厘米，南部多于北部，一年中以7～8月最高，1～2月最低。日照时数平均1250～1570小时。气温自北向南渐增，年平均气温北部18.1～19.4℃，其余20.1～20.7℃，年际变化北部小于中、南部，最高年与最低年相差1.3～2.0℃。最冷月1月平均气温7.2～10.4℃，历史上极端最低温度为-2.5～-5.8℃，高寒山区可达-8℃以上。最热月7月平均气温27.2～28.9℃，历史上极端最高气温为38.6～39.5℃。年总积温5700～6800℃，南北相差1100℃。
日照条件：根据《全国民用建筑工程设计技术措施-节能专篇》，我们可以清楚地看到广西地区太阳能辐照情况表，太阳能是永不枯竭的清洁可再生能源，是人类可期待的、最有希望的能源之一。太阳每时每刻都在向地球表面辐射大量的光和热，可供人类使用。我国太阳能资源总体比较丰富，下图显示了我国太阳能资源的分布情况。

柳州市处于我国太阳能资源3类地区，太阳能资源一般区,太阳能辐照量每年可达4200-5400MJ/m2。
2）设计依据
1 《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）
3 《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95 (2005年版)
4 《民用建筑太能热水系统应用技术规范》GB50364-2005
5 《民用建筑与太阳能热水系统一体化应用技术规范》DB45/T395-2007
6 《全国民用建筑工程设计技术措施-节能专篇》

3）项目日照分析
项目日照分析如下：
太阳能供热设计总户数544户，区域分析图见文本。
栋数
户数
热水量（L）/户
平板面积（㎡）/栋
平板拟装（组/栋）
热管面积（㎡）/栋
热管拟装（组/栋）
1
136
210
200
112
220
62
栋数
户数
热水量（L）/户
平板面积（㎡）/栋
平板拟装（组/栋）
热管面积（㎡）/栋
热管拟装（组/栋）
2
136
210
200
112
220
62
栋数
户数
热水量（L）/户
平板面积（㎡）/栋
平板拟装（组/栋）
热管面积（㎡）/栋
热管拟装（组/栋）
3
136
210
200
112
220
62
栋数
户数
热水量（L）/户
平板面积（㎡）/栋
平板拟装（组/栋）
热管面积（㎡）/栋
热管拟装（组/栋）
4
136
210
200
112
220
62

4）系统设计条件
集热器集热效率确定
根据06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》图集附录中主要城市太阳能集热系统设计气象参数，柳州地区的年平均气温ta（取年最低月平均气温1月份：12.8度）,倾角等于当地纬度时集热器采光面月平均日太阳总辐照量JT,年平均日日照小时数Sr为：
ta=12.8℃
JT=12.838MJ/m2·d
Sr=4.493h/d
则年平均太阳辐照度：
G= JT/（Sr×3600）
=12.838×106/（4.493×3600）
=793.7（w/ m2）
由以上计算得知，柳州地区年平均天气情况下，太阳辐照强度平均可达 793.7 KW㎡。在这样的日照情况下平板集热器太阳能集热器的效率为：
η =0.778 -5.276(ti-ta)/G（检测报告效率公式）
η——集热器瞬时效率
ti——集热器进口温度（℃）：平均进口温度为(最高进口温度+最低进口温度)/2
ta——环境温度（℃）
G— —太阳能辐照强度（W/㎡）
根据设计条件，ti ＝（55+12.8）/2＝33.9 ℃；ta＝ 12.8 ℃；G＝793.7 W/㎡，可计算出平板集热器得热效率为 63.8%。

热管集热器效率曲线
5）集热器面积确定
集热面积计算依据
太阳能集热器安装面积按照夏季情况进行计算，太阳能集热器面积计算公式：
　　　　　　　　公式(1)
——直接系统集热器总面积，；
——日均用水量，Kg,140L；
——水的定压比热容，KJ/(Kg·℃)；取值4.18 KJ/(Kg·℃)；
——贮水箱内水的设计温度，℃；取值55℃；
——水的初始温度，℃；取值12.8℃；
——当地集热器采光面上的年平均日太阳能辐照量，KJ/；取值12.838x103 KJ/㎡；
——太阳能保证率，取值0.5(注：考虑冬季使用，取推荐值的偏大值);
ηcd——集热器的平均集热效率；根据桑普平板和热管真空管的检测报告，分别为平板效率63.8%，热管效率67.8%；
ηL——系统管路和储水箱热损失率，%。取值0.3（无量纲，取推荐值的偏大值）
由于以上计算出来的为直接系统的集热面积，根据直接系统与间接系统集热面积之间的关系，可以得出间接系统集热器面积计算
已知公式： 　公式(2)
其中：-直接系统集热器面积，
-集热器总热损失系统，
-换热面积（每户换热水箱里的换热面积）
已知：取＝5.5W/(.℃)，
＝300W/(.℃) ，
＝0.35
拟为每户每日提供太阳能热水210L，60L/人，每户3.5人计算。
集热器每户140L水所需的集热面积（一次系统）， (二次系统)
将以上平板集热器相关数据代入公式(1)，计算得为：
＝1.417（为了保证太阳能系统得热量，
取Ac＝1.551*1.15＝1.630）
再将的值代入公式(2),计算得为：
＝1.769
6）设计图纸
详文本附页
7）系统设计原理
本工程太阳能热水系统均以太阳能与电辅助加热相结合为住户提供洗浴用热水，在全国节能、减排的大环境中，利用太阳能为居民提供生活热水，不仅顺应时代发展的步伐，符合可持续发展的道路方针，同时可以让中国的普通百姓更进一步的接触太阳能。
太阳能热水系统的应用将为解决我国能源紧张和短缺起到非常积极的意义。
下图为该工程太阳能热水系统原理图。

太阳能热水系统原理图
8) 太阳能工作原理
太阳能部分采用温差循环加热，系统通过检测集热器与储水箱的温度差来实现加热运行：当集热器的温度与储水箱中水温形成一定温差时（温差值可设定，设定范围0-15℃，通常设定7℃），循环泵开启，将水箱中的水泵经集热器不断加热。在循环加热过程中，水箱中的水不断升温，集热器的温度不断下降，当集热器上的温度和水箱中的水温差小于等于设定温度时（设定范围为2-10℃，通常设定为5℃），循环泵关闭停止循环加热，直到温差再次达到一定温度时，继续循环加热。这样的加热方式保证只要集热器吸收到热量就很快地传递到水箱中，能够提高系统的启动速度更快的提供出达到使用要求的热水。
8) 辅助热源工作原理
该系统配置中每户的储热水箱中都配有一个1.5KW的水电隔离的电加热。如果用户对热水使用要求比较大，可根据控制器设计自动电加热，即当温度传感器测得水箱温度不足洗浴的温度自动启动电加热，加热到设定温度后自动关闭电加热；如果用户对热水使用要求不是很大且比较有规律，则可采用定时加热，即在要使用热水前的两个小时（用户可以自己设定）检测储热水箱中的水温，当测得温度没有达到洗浴要求时，则启动电加热，当达到温度后自动关闭电加热。
9) 系统补水
由于系统采用的二次换热系统，因此系统是自动补水。
9) 系统供水
系统采用的是户用冷水和热水同源的方式进行补水的，即系统的热水水源来自户内的自来水管，使用时只要将换热水箱中的热水出水口直接接到用户所需要的用水点，当用户需要使用热水时，打开用水点阀门即可。这样既很好的平衡了冷热水的水压问题，同时也避免了物业管理部门收取水费的不便。
10 )过热保护
过热保护，主要是指换热水箱的过热保护，即换热水箱水温过高时，容易造成使用人员烫伤。由于我们严格的控制了系统设计参数，并且将每个单元楼栋作为一个整体考虑，因此出现换热水箱温度过高的几率不会很高，即使个别水箱出现了过热的现象，由于每个单元楼所有水箱并联在一个循环系统管路中，系统的自平衡性也能及时地将过热的水箱温度平衡到其他水箱中。
11)热量测量
经济性对比
1、各种热源热值
各种热源在使用其加热过程中并不能完全燃烧，实际产生的热值均低于理论热值，根据各种热源的热效率，现将其实热值列表如下：  
　名称
理论热值
热效率
实际热值
电热水器
860kcal/kwh
140%
774 kcal/kwh
液化气
10800kcal/kg
70%
7560 kcal/kg
天然气
8600kcal/m³
75%
6450 kcal/m³
管道煤气
3800kcal/m³
70%
2660 kcal/m³
柴油锅炉
10200 kcal/kg
80%
8160 kcal/kg
热泵
太阳能
860 kcal/kwh
300%
2580 kcal/kwh
2、每吨热水成本比较
现以加热1吨水为例，自来水温按15℃，加热至55℃，需要40000kcal的热量。
名称
加热1吨水，温升40℃需要燃料数量
燃料单价
吨水成本
电热水器
40000kcal÷774cal/kwh=51.68kwh
0.6元/kwh
31.01元
液化气
40000kcal÷7560 kcal/kg =5.3kg
6.8元/kg
36.04元
天然气
40000kcal÷6450 kcal/m3 =6.2 m3
4.5元/ m3
27.140元
管道煤气
40000kcal÷26600 kcal/m3 =1.50m³
13元/ m³
19.50元
柴油锅炉
40000kcal÷8160 kcal/kg =4.9kg
4.15元/kg
20.34元
热泵
40000kcal÷2580 kcal/kwh =15.50kwh
0.6元/kwh
9.30元
太阳能+电
40000kcal÷774 kcal/kg×(85/300)
= 14.64kwh
0.6元/kwh
8.78元

3.1.5.2太阳能热水系统在本项目应用的可行性分析
住宅每户热水用量按210 L/日考虑，按100%的太阳能保证率进行生活热水系统设计。与传统电加热相比，太阳能热水系统每吨水节电量可达20-31 kWh。按照每吨水节电量最低25 kWh计算，住宅建筑日耗热水量109.2吨水，则日平均节能量为1638 kWh，年节电量为59.79万kWh。每度电按0.6元计，则每年可省下35.87万元。太阳能热水系统较电热锅炉初期投资约多140万元，则4年可收回太阳能热水系统的成本。
综上所述，经节能量及经济分析，太阳能热水系统在本项目应用可行。

4 结语

经对比分析，土壤源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵、污水源热泵以及太阳能光伏发电系统应用在本项目中并不合理，可行的可再生能源应用技术为太阳能热水系统。
太阳能热水系统经计算分析每户仅需不到2m²太阳能集热板面积，具有施工简单，方便管理及维修等特点，可作为本项目可再生能源应用优选方案。
可再生能源技术的应用可同时降低小区日常能耗和住户的日常费用的支出，同时减少使用常规能源所带来的环境污染等问题，可谓一举多得。