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政策标准

小区供暖以后用太阳能!住建部制订中的技术标准

上传时间:2017-11-21 08:21:37来源:住建部官网浏览次数:

根据住房和城乡建设部《关于印发〈2016年工程建设标准定额制订、修订计划〉的通知》(建标函[2015]247号)的要求,标准编制组经广泛调查研究,认真总结工程实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订了本标准。

住房城乡建设部标准定额司关于征求国家标准《太阳能供热采暖工程技术标准(征求意见稿)》意见的函

建标工征[2017]142号

根据住房城乡建设部《关于印发<2016年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标函[2015]274号)的要求,现征求由中国建筑科学研究院牵头起草的国家标准《太阳能供热采暖工程技术标准(征求意见稿)》(见附件)意见,请于2017年11月09日前将意见和建议反馈第一起草单位中国建筑科学研究院。

联系人:王 敏 联系电话:010-64517374

传 真:010-84288287

Email:minwangbeijing@yahoo.com

地址及邮编:北京市朝阳区北三环东路30号中国建筑科学研究院空调楼;邮编100013

附件:太阳能供热采暖工程技术标准(征求意见稿)

中华人民共和国住房和城乡建设部标准定额司

2017年10月13日

附件下载:1、 太阳能供热采暖工程技术标准(征求意见稿)

太阳能供热采暖工程技术标准

(征求意见稿)

中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布

前 言

根据住房和城乡建设部《关于印发〈2016年工程建设标准定额制订、修订计划〉的通知》(建标函[2015]247号)的要求,标准编制组经广泛调查研究,认真总结工程实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订了本标准。

本标准的主要技术内容是:1.总则;2.术语;3.被动太阳能供暖;4.主动太阳能供热采暖系统;5.太阳能集热系统;6.太阳能蓄热系统;7.太阳能供热采暖工程的调试与验收;8.太阳能供热采暖工程效益评估。

本标准修订的主要技术内容是:1.补充了术语,调整、修改了原太阳能供热采暖系统设计、太阳能供热采暖工程施工、太阳能供热采暖工程的调试、验收与效益评估的章节编排、名称及技术内容;2.增加了被动太阳能供暖一章;3.补充了太阳能热电联产供热采暖技术的相关内容;4.完善了液态工质太阳能集热系统设计流量和贮热水箱容积配比的计算要求;5.补充了地埋管蓄热系统的技术要求和新增相变材料的特性。

本标准由住房和城乡建设部负责管理,由中国建筑科学研究院负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送中国建筑科学研究院(地址:北京北三环东路30号,邮政编码:100013)。

本标准主编单位:中国建筑科学研究院

本标准参编单位:北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司 太阳雨集团有限公司山东力诺瑞特新能源有限公司 山东桑乐太阳能有限公司 上海筑能科技有限公司 皇明太阳能股份有限公司 天普新能源科技有限公司 国家住宅与居住环境工程技术研究中心 北京启迪清洁能源科技有限公司 北京市太阳能研究所集团有限公司 昆山市建设工程质量检测中心 宁波和邦检测研究有限公司 同度能源科技(江苏)股份有限公司山东龙光天旭太阳能有限公司 山东豪迈昌安绿色能源有限公司

本标准主要起草人员:郑瑞澄 何涛 路宾 焦青太 张昕宇 王敏 李博佳 李俊 闫芳 马兵 范蕊 刘海波 李仁星 张广宇 刘君 胡建华 秦剑 王振宇 邢作新 刘延柱

本标准主要审查人员:

目 次

1 总 则 1

2 术 语 2

3 被动太阳能供暖 4

3.1 一般规定 4

3.2 总体设计 4

3.3 围护结构 4

3.4 被动太阳能集热蓄热部件 4

4 主动太阳能供热采暖系统 6

4.1 一般规定 6

4.2 供热采暖系统分类 6

4.3 供热采暖系统选型 7

4.4 供热采暖系统负荷计算 8

5 太阳能集热系统 10

5.1 一般规定 10

5.2 太阳能集热系统设计 10

5.3 太阳能集热系统施工 14

6 太阳能蓄热系统 16

6.1 一般规定 16

6.2 太阳能短期蓄热系统设计 16

6.3 太阳能季节蓄热系统设计 17

6.4 太阳能蓄热系统施工 18

7 太阳能供热采暖工程的调试与验收 19

7.1 一般规定 19

7.2 系统调试 19

7.3 工程验收 20

8 太阳能供热采暖工程效益评估 22

8.1 一般规定 22

8.2 系统节能、环保效益分析 22

8.3 系统实际运行效益评估 22

8.4 系统效益的定期检测、长期监测和性能分级 22

附录A 代表城市气象参数及不同地区太阳能保证率推荐值 23

附录B 不同地区太阳能集热器的补偿面积比 26

附录C 太阳能集热器平均集热效率计算方法 64

附录D 太阳能集热系统管路、水箱热损失率计算方法 66

附录E 间接系统热交换器换热面积计算方法 67

附录F 常用相变材料特性 68

附录G 太阳能供热采暖工程验收报告 69

附录H 太阳能供热采暖系统效益评估计算公式 70

本标准用词说明 72

引用标准名录 73

附:条文说明 74

Contents

1 General Provisions 1

2 Terms 2

3 Passive Solar Heating 4

3.1 General Requirements 4

3.2 Overall Design 4

3.3 Building Envelope 4

3.4 Passive Component 4

4 Active Solar Heating System 6

4.1 General Requirements 6

4.2 Heating System Classifying 6

4.3 Heating System Selection 7

4.4 Heating Load Calculation 8

5 Solar Collector System 10

5.1 General Requirements 10

5.2 Solar Collector System Design 10

5.3 Solar Collector System Installation 14

6 Heat Storage System 16

6.1 General Requirements 16

6.2 System Design for Short-Term Heat Storage 16

6.3 System Design for Seasonal Heat Storage 17

6.4 Heat Storage System Installation 18

7 Solar Heating System Adjusting and Commisioning 19

7.1 General Requirements 19

7.2 System Adjusting 19

7.3 Commisioning 20

8 Benefit Evaluation 22

8.1 General Requirements 22

8.2 Benefits Analysis for Energy Saving and Environment Effects 22

8.3 Benefit Evaluation for System Operation 22

8.4 System Benefit in Regular Testing, Long-Term Monitor and Performance Classifying 22

Appendix A Weather Parameters in Representative Cities and Recommendation Values of Solar Faction in Different Areas 23

Appendix B Compensative Area Ratio of Solar Collector in Different Areas 26

Appendix C Calculation for Average Thermal Efficiency of Solar Collector 64

Appendix D Calculation for Heat Loss of Pipeline and Water Tank in Solar Collector System 66

Appendix E Calculation for Heat Exchanger Area of Indirect System 67

Appendix F Properties of Common Phase Changeable Materials 68

Appendix G Report for Engineering Commissioning 69

Appendix H The Formula for Benefit Evaluation of Solar Heating System 70

Explanation of Wording in This Standard 72

List of Quoted Standards 73

Addition:Explanation of Provisions 74

1 总 则

1.0.1 为使太阳能供热采暖工程设计、施工及验收做到安全适用、经济合理、技术先进可靠,提升工程质量,制定本标准。

1.0.2 本标准适用于在新建、改建和扩建建筑中使用太阳能供热采暖技术的工程,及在进行既有建筑改造时采用太阳能供热采暖技术的工程。

1.0.3 太阳能供热采暖系统应纳入建筑工程的建设管理工作,统一规划、同步设计、同步施工、统一验收、同时投入使用。

1.0.4 太阳能供热采暖系统应做到全年综合利用,采暖期应为建筑物供热采暖;非采暖期应进行蓄热,并应向本建筑物或相邻建筑物提供生活热水、夏季供冷空调或其他用热。

1.0.5 既有建筑增设或改造太阳能供热采暖系统时,应进行建筑结构安全复核,并应满足建筑结构及其他相应的安全性要求。

1.0.6 设有太阳能供热采暖系统的新建、改建、扩建、改造的既有供暖建筑物,其建筑热工与节能设计不应低于国家现行相关标准的规定。

1.0.7 采用高温聚焦型太阳能集热器的太阳能供热采暖系统,应进行热电联产。

1.0.8 太阳能热电联产系统的供热半径不宜大于4.0 km。

1.0.9 有夏季空调需求的地区采用太阳能热电联产系统时,应考虑夏季空调负荷,实现冷、热、电三联供。

1.0.10 太阳能供热采暖工程应进行全寿命周期内的工程综合节能效益潜力分析。

1.0.11 太阳能供热采暖工程中供热管网及末端供暖系统、设备的设计、施工、调试与验收应符合国家现行相关标准的规定。

1.0.12 太阳能供热采暖工程设计、施工及验收除应符合本标准外,尚应符合国家现行相关标准的规定。

2 术 语

2.0.1 太阳能供热采暖 solar heating

将太阳能转换成热能,供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的技术,有被动和主动两种技术类型。

2.0.2 被动太阳能供暖 passive solar heating

通过对建筑朝向和周围环境布置、建筑内外空间布局、建筑材料、围护结构的合理选择和处理,使建筑物本身可具有在冬季集取、贮存和分配太阳热能,在夏季遮蔽太阳辐射、散逸室内热量的功能。

2.0.3 主动太阳能供热采暖系统 active solar heating system

设置专用设备、为建筑物冬季供暖和提供全年其他用热的系统。

2.0.4 短期蓄热太阳能供热采暖系统 solar heating system with short-term heat storage

仅设置具有数天贮热容量设备的太阳能供热采暖系统。

2.0.5 季节蓄热太阳能供热采暖系统 solar heating system with seasonal heat storage

设置的贮热设备容量可贮存在非采暖期获取的太阳能量,用于冬季供热采暖的太阳能供热采暖系统。

2.0.6 太阳能液体工质集热器 solar liquid collector

吸收太阳辐射并将产生的热能传递到液体传热工质的装置。

2.0.7 太阳能空气集热器 solar air collector

吸收太阳辐射并将产生的热能传递到空气传热工质的装置。

2.0.10 太阳能集热系统 solar collector loop

用于收集太阳能并将其转化为热能传递到蓄热装置的系统。

2.0.11 直接式太阳能集热系统 solar direct system

将太阳能集热器中被加热的工质直接供给用户的太阳能集热系统。

2.0.12 间接式太阳能集热系统 solar indirect system

在太阳能集热器中加热传热工质,再通过换热器由该种传热工质加热水供给用户的太阳能集热系统。

2.0.13 开式太阳能集热系统 solar open system

与大气相通的太阳能集热系统。

2.0.14 闭式太阳能集热系统 solar closed system

不与大气相通的太阳能集热系统。

2.0.15 排空系统 drain down system

当可能发生工质被冻结情况时,可将全部工质排空以防止冻害的直接式太阳能集热系统。

2.0.16 排回系统 drain back system

当可能发生工质被冻结情况时,可将全部工质排回室内贮液罐以防止冻害的间接式太阳能集热系统。

2.0.17 防冻液系统 antifreeze system

采用防冻液作为传热工质以防止冻害的间接式太阳能集热系统。

2.0.18 循环防冻系统 prevent freeze with circulation

在可能发生工质被冻结情况时,启动循环泵使工质循环以防止冻害的太阳能集热系统。

2.0.19 太阳能集热系统效率 efficiency of solar collector system

指定时间段内,太阳能供热采暖系统中,太阳能集热系统的得热量与在系统集热器总面积上入射的太阳总辐照量之比。

2.0.20 太阳能集热系统耗电输热比 electricity consumption to transferred heat quantity ratio for solar collector system

设计工况下,太阳能集热系统循环水泵/风机总功耗与太阳能集热系统得热量的比值。

2.0.21 太阳能保证率 solar fraction

太阳能供热采暖系统中由太阳能供给的热量占建筑物耗热量的百分率。

2.0.22 系统费效比 cost / benefit ratio of the system

太阳能供热采暖系统的增投资与系统在正常使用寿命期内的总节能量的比值,表示利用太阳能节省每千瓦小时常规能源热量的投资成本。

2.0.23 建筑物耗热量 heat loss of building

在计算采暖期室外平均气温条件下,为保持室内设计计算温度,建筑物在单位时间内消耗的、需由室内供暖设备供给的热量。

2.0.24 采暖热负荷 heating load for space heating

在采暖室外计算温度条件下,为保持室内设计计算温度,建筑物在单位时间内消耗的、需由供热设施供给的热量。

2.0.25 太阳能集热器总面积 gross collector area

整个集热器的最大投影面积,不包括那些固定和连接传热工质管道的组成部分。

3 被动太阳能供暖

3.1 一般规定

3.1.1 采用太阳能供暖的新建、改建、扩建建筑应对建筑进行被动太阳能供暖设计,并应符合国家现行相关标准的规定。

3.1.2 被动太阳能供暖设计应根据气候区特点进行,严寒和寒冷地区应以冬季保温和获取太阳得热为主,夏季应考虑隔热遮阳要求;夏热冬冷地区应以夏季隔热遮阳为主,冬季应考虑保温要求。

3.2 总体设计

3.2.1 被动太阳能供暖应根据当地气象条件、生活居住习惯进行建筑平面总体布局、朝向、体形系数、开窗形式、采光遮阳、建筑热惰性、室内空间布局设计。

3.2.2 建筑朝向宜采用南北或接近南北向设计,主要房间宜避开冬季主导风向。

3.2.3 建筑造型宜规整紧凑,应避免凹凸变化,不宜设置装饰性构件。

3.2.4 在建筑设计时,应根据气候区建筑热工性能参考值、当地技术经济条件,通过建筑能耗模拟,进行建筑能耗、建筑室内温度及窗墙面积比等优化设计计算。

3.3 围护结构

3.3.1 严寒和寒冷地区的建筑外围护结构及室内构筑物宜选用集热性能高、蓄热能力大和放热能力强的深色、重质的材料。

3.3.2 建筑外窗宜采用内平开窗,外窗传热系数应符合国家现行相关标准的规定,外门窗应有良好的气密、水密及抗风压性能,气密性等级不应低于8级、水密性等不应低于6级、抗风压性能等不应低于9级。

3.3.3 严寒地区建筑南向外窗的遮阳措施不应降低冬季日照得热;寒冷地区建筑东、西、南向外窗的遮阳措施,应考虑冬季日照得热及夏季遮阳,通过模拟计算,优化设置。

3.3.4 建筑外门窗宜设置可移动外保温遮阳装置。

3.4 被动太阳能集热蓄热部件

3.4.1 对具有集热蓄热功能的构筑物,当接收辐射表面不与室外空气直接接触时,表面涂层的吸收率应大于0.85,构筑物主体材料应选择导热性能好的重质材料。

3.4.2 有夏季空调需求的建筑,被动太阳能集热蓄热部件应设置对流散热或遮阳装置。

4 主动太阳能供热采暖系统

4.1 一般规定

4.1.1 主动太阳能供热采暖系统应由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热或换热设备集合构成。

4.1.2 太阳能供热采暖系统中的热水供应范围应根据所在地区气候、太阳能资源条件、建筑物类型、功能,及业主要求、投资规模、安装等条件确定,且系统在非采暖季运行时不应发生过热现象。

4.1.3 太阳能供热采暖系统的其他能源辅助加热或换热设备应根据当地能源特点和经济发展水平进行选择。

4.1.4 其他能源辅助加热或换热设备所使用的常规能源种类、综合性能应符合国家现行标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736、《公共建筑节能设计标准》GB 50189和《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26的相关规定。

4.1.5 太阳能供热采暖系统应设置能量计量装置。

4.1.6 太阳能热电联产系统宜设置换热机房,并应通过换热器进行间接供热。

4.1.7 当太阳能热电联产系统的热力网采用热水为供热介质时,管网设计压力不应大于2.5MPa,设计温度不应大于200°C;当采用蒸汽为供热介质时,管网设计压力不应大于1.6MPa,设计温度不应大于350°C。

4.1.8 太阳能热电联产系统的换热机房及热力网应符合国家现行标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736、《城市工程管线综合规划规范》GB 50289、《城镇供热管网设计规范》CJJ 34和《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81等的相关规定。

4.2 供热采暖系统分类

4.2.1 按太阳能集热系统所采用的集热器类型,太阳能供热采暖系统可分为非聚光型集热器太阳能供热采暖系统和聚光型集热器太阳能供热采暖系统。

4.2.2 按所使用的太阳能集热器工质类型,太阳能供热采暖系统可分为太阳能液体工质集热器供热采暖系统和太阳能空气集热器供热采暖系统。

4.2.3 按集热系统的运行方式,太阳能供热采暖系统可分为直接式太阳能供热采暖系统和间接式太阳能供热采暖系统。

4.2.4 按太阳能集热器的安装位置,太阳能供热采暖系统可分为地面安装太阳能供热采暖系统和与建筑结合太阳能供热采暖系统。

4.2.5 按蓄热能力,太阳能供热采暖系统可分为短期蓄热太阳能供热采暖系统和季节蓄热太阳能供热采暖系统。

4.2.6 按所供暖用户的数量、规模,太阳能供热采暖系统可分为区域太阳能供热采暖系统和户式太阳能供热采暖系统。

4.2.7 按所使用的末端采暖系统类型,太阳能供热采暖系统可分为低温热水地板辐射采暖系统、水—空气处理设备采暖系统、散热器采暖系统和热风采暖系统。

4.3 供热采暖系统选型

4.3.1 主动太阳能供热采暖系统类型应根据所在地区气候、太阳能资源条件、建筑物类型、建筑物使用功能、业主要求、投资规模、安装条件等因素确定。

4.3.2 太阳能供热采暖系统选型应根据施工安装、操作使用、运行管理、部件更换和维护等要求进行,并应安全、可靠、适用、经济、美观。

4.3.3 与建筑结合的太阳能供热采暖系统类型宜根据建筑气候分区和建筑物类型按表4.3.3确定。

表4.3.3 与建筑结合的太阳能供热采暖系统类型

建筑气候分区 严寒地区 寒冷地区 夏热冬冷、温和地区

建筑物类型 低层 多层 高层 低层 多层 高层 低层 多层 高层

太阳能供热采暖系统类型 太阳能集热器 液体工质集热器 ● ● ● ● ● ● ● ● ●

空气集热器 ● ——● ——● ——

集热系统运行方式 直接系统 ——————● ● ●

间接系统 ● ● ● ● ● ● ———

系统蓄热能力 短期蓄热 ● ● ● ● ● ● ● ● ●

季节蓄热 ● ● ● ● ● ● ———

末端采暖系统 低温热水地板辐射 ● ● ● ● ● ● ● ● ●

水—空气处理设备 ——————● ● ●

散热器 ———● ● ● ● ● ●

热风采暖 ● ——● ——● ——

注:表中“●”为可选用项。

4.3.4 太阳能液体工质集热器供热采暖系统可用于现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736中规定采用热水辐射供暖、空气调节系统供暖和散热器供暖的建筑。太阳能空气集热器供热采暖系统可用于建筑物内需热风供暖的区域。

4.3.5 太阳能液体工质集热器供热采暖系统可采用低温热水地板辐射、水—空气处理设备和散热器等末端供暖系统。

4.3.6 太阳能空气集热器供热采暖系统中末端供暖设备的运行噪声应符合国家现行相关标准的规定。

4.4 供热采暖系统负荷计算

4.4.1 当对采暖热负荷和生活热水负荷分别计算后,应选较大的负荷为太阳能供热采暖系统的设计负荷,太阳能供热采暖系统的设计负荷应由太阳能集热系统和其他能源辅助加热或换热设备共同负担。

4.4.2 太阳能集热系统负担的采暖热负荷应为在计算采暖期室外平均气温条件下的建筑物耗热量。建筑物耗热量、围护结构传热耗热量、空气渗透耗热量的计算应符合下列规定:

1 建筑物耗热量应按下式计算:

QH = QHT+QINF-QIH (4.4.2-1)

式中:QH——建筑物耗热量(W);

QHT——通过围护结构的传热耗热量(W);

QINF——空气渗透耗热量(W);

QIH——建筑物内部得热量,包括照明、电器、炊事、人体散热和被动太阳能集热部件得热等(W)。

2 通过围护结构的传热耗热量应按下式计算:

QHT =(ti-te)(ΣεKF) (4.4.2-2)

式中:QHT——通过围护结构的传热耗热量,(W);

ti ——室内空气计算温度,按现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736中规定范围的低限选取(℃);

te ——采暖期室外平均温度(℃),按本标准附录A选取;

ε——围护结构传热系数的修正系数,按现行行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134选取;

K ——围护结构的传热系数[W / (m2•℃)];

F ——围护结构的面积(m2)。

3 空气渗透耗热量应按下式计算:

QINF =(ti-te)(CpNV) (4.4.2-3)

式中:QINF——空气渗透耗热量(W);

Cp——空气比热容,取0.28 W •h / ( kg•℃ );

——空气密度,取te条件下的值(kg / m3);

N——换气次数,(次/h);

V——换气体积,(m3/次)。

4.4.3 其他能源辅助加热或换热设备应能负担建筑物的采暖热负荷,建筑物采暖热负荷的计算应符合下列规定:

1 采暖热负荷的计算应符合现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736的规定。

2 现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736中规定可不设置集中采暖的地区或建筑,宜根据当地的实际情况,降低室内空气计算温度。

4.4.4 建筑物的冬季供暖热负荷宜通过逐时动态模拟计算确定太阳能供热采暖系统中太阳能集热系统和其他能源辅助加热或换热设备分别承担的负荷量。

4.4.5 太阳能集热系统负担的热水供应负荷应为建筑物的生活热水日平均耗热量,热水日平均耗热量应按下式计算:

QW =mqrcww(tr-tl)/86400 (4.4.5)

式中:QW——生活热水日平均耗热量(W);

m——用水计算单位数(人数);

qr——热水用水定额(L/人•d或L/床•d),按现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015中热水最高日用水定额的下限取值;

cw——水的比热容[J / ( kg•℃ )],取4187 J / ( kg•℃ );

w——热水密度(kg / L);

tr——设计热水温度(℃);

tl——设计冷水温度(℃)。

5 太阳能集热系统

5.1 一般规定

5.1.1 太阳能热电联产系统中的太阳能集热系统应按太阳能热发电的技术要求设计。

5.1.2 建筑物上安装太阳能集热系统不得降低相邻建筑的日照标准。

5.1.3 太阳能集热系统应根据建设地区和使用条件采取防冻、防结露、防过热、防雷、防雹、抗风、抗震和电气安全等技术措施。

5.1.4 直接式太阳能集热系统宜在冬季环境温度较高,防冻要求不严格的地区使用;冬季环境温度较低的地区宜采用间接式太阳能集热系统。

5.1.5 太阳能供热采暖系统中的太阳能集热器的性能应符合现行国家标准《平板型太阳能集热器》GB/T 6424或《真空管型太阳能集热器》GB/T 17581的相关规定,正常使用寿命不应少于15年。其余组成设备和部件的质量应符合国家现行相关标准的规定。

5.1.6 太阳能集热系统管道应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材。

5.1.7 太阳能集热系统应设置自动控制,并应符合下列规定:

1 自动控制的功能应包括对太阳能集热系统的运行控制和安全防护控制、集热系统和其他辅助热源设备的工作切换控制。太阳能集热系统安全防护控制的功能应包括防冻保护和防过热保护。

2 控制方式应简便、可靠、利于操作;相应设置的电磁阀、温度控制阀、压力控制阀、泄水阀、自动排气阀、止回阀、安全阀等控制元件性能应符合国家现行相关标准的规定。

3 自动控制系统中使用的温度传感器,测量不确定度不应大于0.5℃。

5.2 太阳能集热系统设计

5.2.1 太阳能集热器的设置应符合下列规定:

1 太阳能集热器宜朝向正南,或南偏东、偏西30°的朝向范围内设置;安装倾角范围宜为当地纬度-10°~+20°;当受实际条件限制时,集热器的面积补偿应按附录B执行,并应进行经济效益分析。

2 放置在建筑外围护结构上的太阳能集热器,冬至日集热器采光面的日照时数不应少于4h。前、后排集热器之间应留有安装、维护操作的间距,排列应整齐有序。

3 某一时刻太阳能集热器不被前方障碍物遮挡阳光的日照间距应按下式计算:

D=Hcot hcos 0 (5.2.1)

式中:D——日照间距(m);

H——前方障碍物的高度(m);

h——计算时刻的太阳高度角(°);

0——计算时刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间的夹角(°)。

4 太阳能集热器不得跨越建筑变形缝设置。

5.2.2 方案或初步设计阶段太阳能集热器总面积的确定应符合下列规定:

1 直接系统集热器总面积应按下式计算:

(5.2.2-1)

式中:Ac——直接系统集热器总面积(m2);

QH——建筑物耗热量(W);

JT——当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量[J/(m2•d)],按本标准附录A选取;

f——太阳能保证率(%),按附录A选取;

ηcd——基于总面积的集热器平均集热效率(%),按本标准附录C计算;

ηL——管路及贮热装置热损失率(%),按本标准附录D计算。

2 间接系统集热器总面积应按下式计算:

(5.2.2-2)

式中:AIN——间接系统集热器总面积(m2);

Ac——直接系统集热器总面积(m2);

UL——集热器总热损系数[W/(m2•℃)],测试得出;

Uhx——换热器传热系数[W/(m2•℃)],查产品样本得出;

Ahx——间接系统换热器换热面积(m2),按本标准附录E计算。

5.2.3 太阳能集热器总面积宜通过动态模拟计算确定。

5.2.4 应根据管网水力平衡要求,通过水力计算确定系统管路的管径、长度、布置方式及水力平衡装置等。

5.2.5 单块太阳能集热器的设计流量应按下式计算:

Gs=gA (5.2.5)

式中:Gs——单块太阳能集热器的设计流量(m3 / h);

A——单块太阳能集热器的总面积(m2);

g——太阳能集热器的单位面积流量[m3/(h•m2)],根据太阳能集热器生产企业推荐的数值确定,当无相关技术参数时,宜根据不同的系统按表5.2.5取值。

表5.2.5 太阳能集热器的单位面积流量

系统类型 太阳能集热器的单位面积流量

[m3/(h•m2)]

小型太阳能供热水系统 0.035~0.072

大型集中太阳能供热采暖系统(集热器总面积大于100m2) 0.021~0.06

小型直接式太阳能供热采暖系统 0.024~0.036

小型间接式太阳能供热采暖系统 0.009~0.012

太阳能空气集热器供热采暖系统 36

5.2.6 太阳能集热系统的设计流量应根据太阳能集热器阵列的串、并联方式和每一阵列所包含的太阳能集热器数量、面积及太阳能集热器的热性能计算确定。在当地太阳辐照、大气压力等气象条件下,太阳能液体工质集热系统的设计流量应满足出口工质温度符合设计要求且不致汽化;太阳能空气集热系统的设计流量应满足出口工质温度符合设计要求且不致造成过热安全隐患。

5.2.7 太阳能集热系统水泵、风机等设备应按集热器流量和进、出口压力降等参数通过系统水力计算进行选型。

5.2.8 太阳能集热系统选配循环水泵应计算集热系统耗电输热比,并应在施工图设计说明中标注。耗电输热比应按下式计算:

EHR=0.003096∑(GH / ηb)/ Q ≤A(21+α∑L)/ ⊿T (5.2.9)

式中:EHR——太阳能集热系统耗电输热比;

G——每台运行水泵的设计流量(m3 / h);

H——每台运行水泵对应的设计扬程(mH2O);

ηb——每台运行水泵对应的设计工作点效率;

Q——太阳能集热系统得热量(kW);

⊿T——集热系统出、入口设计温差(℃),应按设计要求选取;

A——与水泵流量有关的计算系数,按表5.2.8选取;

∑L——集热系统循环管道的总长度(m);

α——与∑L有关的计算系数;当∑L≤400m时,α= 0.0115;当400m<∑L<1000m时,α= 0.003833+3.067 / ∑L;当∑L≥1000m 时,α= 0.0069。

表5.2.8 A值

设计水泵流量 G≤60 m3/h 60 m3/h<G≤200 m3/h G>200 m3/h

A值 0.004225 0.003858 0.003749

5.2.9 太阳能集热系统应采用温差循环运行控制,并宜采用变流量运行。

5.2.10 太阳能集热系统的防冻设计应符合下列规定:

1 冬季室外环境温度低于零度的地区,太阳能集热系统应进行防冻设计。

2 太阳能集热系统的防冻设计宜根据集热系统类型和使用地区按表5.2.10选取。

3 太阳能集热系统的防冻措施应采用自动控制运行工作。

5.2.11 太阳能集热系统和其他辅助热源加热设备的工作切换应采用定温控制。贮热装置的供热工质出口处应设置温度传感器,当工质温度低于“设计供热温度”时,应通过控制器启动辅助热源加热设备工作,当工质温度高于“设计供热温度”时,辅助热源加热设备应停止工作。

5.2.12 系统安全和防护的自动控制应符合下列规定:

1 使用排空和排回防冻措施的直接和间接式太阳能集热系统宜采用定温控制。当太阳能集热系统出口温度低于设定的防冻执行温度时,应通过控制器启闭相关阀门完全排空集热系统中的水或将水排回贮水箱。

2 使用循环防冻措施的直接式太阳能集热系统宜采用定温控制。当太阳能集热系统出口温度低于设定的防冻执行温度时,控制器应启动循环泵进行防冻循环。

3 贮热水箱防过热温度传感器应设置在贮热水箱顶部,防过热执行温度应小于80℃;太阳能集热系统防过热温度传感器应设置在系统出口,防过热执行温度的设定范围应与系统运行工况和部件耐热能力相匹配。

4 系统防过热安全阀应安装泄压排出的高温蒸汽和水不危及周围人员的位置,并应配备相应的安全措施;设定的开启压力应与系统可耐受的最高工作温度对应的饱和蒸汽压力一致。

5.3 太阳能集热系统施工

5.3.1 太阳能集热系统的施工安装应单独编制施工组织设计,并应包括与主体结构施工、设备安装、装饰装修等相关工种的协调配合方案和安全措施等内容。

5.3.2 太阳能集热系统施工安装前应符合下列规定:

1 设计文件应齐备,且应已审查通过;

2 施工组织设计及施工方案应已批准;

3 施工场地应符合施工组织设计要求;

4 现场水、电、场地、道路等条件应能满足正常施工需要;

5 应预留基础、孔洞、设施符合设计图纸,并应已验收合格;

6 应有既有建筑经结构复核或法定检测机构同意安装太阳能供热采暖系统的鉴定文件。

5.3.3 太阳能集热系统的施工安装不得破坏建筑物的结构、屋面、地面防水层和附属设施,不得削弱建筑物在寿命期内承受荷载的能力。

5.3.4 太阳能集热器的安装方位和安装倾角应符合设计要求。

5.3.5 太阳能集热器的连接及真空管与联箱的密封应按产品设计的连接和密封方式安装,具体操作应按产品说明书进行。

5.3.6 安装在平屋面专用基座上的太阳能集热器,基座的强度应满足设计要求,基座与建筑主体结构连接应牢固;应进行防水处理,防水制作应符合现行国家标准《屋面工程质量验收规范》GB 50207的规定要求。

5.3.7 埋设在坡屋面结构层的预埋件应在结构层施工时埋入,位置应准确。预埋件应做防腐处理,在太阳能集热系统安装前应妥善保护。

5.3.8 带支架安装的太阳能集热器,其支架强度、抗风能力、防腐处理和热补偿措施等应符合设计要求和国家现行相关标准的规定。

5.3.9 太阳能集热系统管线穿过屋面、露台时,应预埋防水套管。

5.3.10 太阳能集热系统连接管线、部件、阀门等配件选用的材料应耐受系统的最高工作温度和工作压力。

5.3.11 进场安装的太阳能集热系统的产品、配件、材料应有产品合格证,其性能应符合设计要求;太阳能集热器应有性能检测报告。

5.3.12 太阳能集热系统的管道施工安装应符合现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 GB50242和《通风与空调工程施工及验收规范》GB 50243 的相关规定。

5.3.13 液体工质太阳能集热系统安装完毕,在设备和管路保温前,应进行水压试验,试验压力应符合设计要求。设计未注明时应符合现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 GB50242的规定。

5.3.14 系统的电缆线路施工和电气设施的安装应符合现行国家标准《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB 50168和《建筑电气工程施工质量验收规范》GB 50303的相关规定。

5.3.15 系统中电气设备和与电气设备相连接的金属部件应做等电位连接处理。电气接地装置的施工应符合现行国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB 50169的规定。

5.3.16 系统中传感器的接线应牢固可靠,接触应良好。传感器控制线应做防水处理。传感器安装应与被测部位良好接触并做标识,温度传感器四周应保温。

6 太阳能蓄热系统

6.1 一般规定

6.1.1 太阳能蓄热系统应根据太阳能集热系统的形式、性能、投资,供热采暖负荷、太阳能保证率等进行技术经济分析后选取,并确定蓄热系统规模。

6.1.2 太阳能供热采暖系统的蓄热方式应根据蓄热系统形式、投资规模,当地的水文、土壤条件及使用要求等通过经济、效益综合分析,并应按表6.1.2确定。

表6.1.2 蓄热方式选用表

系统形式 蓄热方式

贮热水箱 蓄热水池 土壤埋管 卵石堆 相变材料

液体工质集热器短期蓄热系统 ● ● ——●

液体工质集热器季节蓄热系统 —● ● ——

空气集热器短期蓄热系统 ———● ●

注:表中“●”为可选用项。

6.1.3 太阳能液体工质集热器供热采暖系统在供暖期长且供暖期间太阳辐照条件好的地区宜采用短期蓄热方式。

6.1.4 蓄热水池不应与消防水池合用。

6.2 太阳能短期蓄热系统设计

6.2.1 短期蓄热太阳能供暖系统的蓄热量应根据当地太阳能资源、气候、工程投资等因素确定,且应能满足储存1d~7d太阳能集热系统得热量的要求。

6.2.2 系统所需的总贮热水箱或水池容积应根据设计蓄热时间周期及蓄热量等参数通过模拟计算确定。短期蓄热液体工质太阳能集热系统对应的太阳能集热器单位采光面积的贮热水箱或水池的容积范围可按40 L/m2~300 L/m2选取。

6.2.3 太阳能集热系统、生活热水系统、供暖系统与贮热水箱的连接管位置应布置合理,实现不同温度供热或换热需求。

6.2.4 贮热水箱进、出口处流速宜小于0.04 m / s,宜采用水流分布器。

6.2.5 蓄热水池槽体结构、保温结构和防水结构的设计应符合国家现行相关标准的规定。

6.2.6 贮热水箱和水池宜采用外保温,其保温设计应符合现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736和《设备及管道保温设计导则》GB 8175的规定。

6.2.7 卵石堆蓄热设计应符合下列规定:

1 空气蓄热系统的卵石堆蓄热器(卵石箱)内的卵石含量宜为每平方米集热器面积250kg;当卵石直径小于10cm时,卵石堆深度不宜小于2m;当卵石直径大于10cm时,卵石堆深度不宜小于3m。卵石箱上下风口的面积应大于卵石箱截面积的8 %,空气通过上下风口流经卵石堆的阻力应小于37 Pa。

2 放入卵石箱内的卵石应干净且大小均匀,直径范围宜在5cm~10cm之间;不应使用易破碎或与水和二氧化碳反应的卵石。卵石堆可水平或垂直铺放在箱内,宜选用垂直卵石堆,地下狭窄、高度受限的地点可选用水平卵石堆。

6.2.8 相变材料蓄热设计应符合下列规定:

1 空气集热器太阳能供热采暖系统可直接换热蓄热;液体工质集热器太阳能供热采暖系统应增设换热器间接换热蓄热。

2 相变材料应根据太阳能供热采暖系统的工作温度确定,相变温度应与系统工作温度相匹配。常用相变材料特性可符合本标准附录F的规定。

6.3 太阳能季节蓄热系统设计

6.3.1 季节蓄热太阳能供暖系统的蓄热量应满足建筑物需求的供暖天数,并应按下式计算:

Dt= Ds f (6.3.1)

式中:Dt——满足建筑物需求的供暖天数(d);

Ds——当地采暖期天数(d);

f——系统太阳能保证率。

6.3.2 在条件适宜地区,宜集中设置较大规模的太阳能供暖热力站供热。

6.3.3 季节蓄热系统的蓄热体容积应通过模拟计算确定。不同规模季节蓄热液体工质太阳能集热系统对应太阳能集热器单位采光面积的贮热水箱或水池的容积范围可按表6.3.3选取。

表6.3.3 贮热水箱或水池的容积选择范围

系统规模 中型季节蓄热系统

(太阳能集热器面积<10000 m2) 大型季节蓄热系统

(太阳能集热器面积≥10000 m2)

贮热水箱、水池

容积范围 1.5~2.5 m3 / m2 ≥3 m3 / m2

6.3.4 当设计季节蓄热系统的水池容量时,应校核计算蓄热水池的最高蓄热温度;最高蓄热温度应比水池工作压力对应的工质沸点温度低5℃。

6.3.5 季节蓄热水池应采取利于水池温度均匀分布的技术措施。

6.3.6 季节蓄热水池在使用过程中应保证水质符合要求。

6.3.7 地埋管土壤季节蓄热系统设计前应对场区内岩土体地质条件进行勘察,并应进行岩土热响应试验。

6.3.8 土壤埋管季节蓄热的埋管换热系统设计应根据太阳辐照量,建筑负荷,系统太阳能保证率等参数,通过模拟计算,确定埋管数量、尺寸、深度和总蓄热容积。

6.3.9 土壤埋管季节蓄热系统换热埋管的顶部应设置保温层,保温层厚度应按系统换热量和保温材料热性能等影响因素通过模拟计算确定。

6.3.10 当与地埋管地源热泵系统配合使用时,土壤埋管季节蓄热系统应根据当地气候特点采用相应的地埋管布置方式;有夏季空调需求的地区应根据土壤温度场的平衡计算结果设置地埋管。

6.4 太阳能蓄热系统施工

6.4.1 制作贮热水箱的材质、规格应符合设计要求;钢板焊接的贮热水箱,水箱内、外壁应按设计要求作防腐处理,内壁防腐涂料应卫生、无毒、能长期耐受所贮存热水的最高温度。

6.4.2 贮热水箱制作应符合国家现行相关标准的规定;贮热水箱保温应在水箱检漏试验合格后进行,保温制作应符合现行国家标准《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB 50185的规定;贮热水箱内箱应做接地处理,接地应符合现行国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB 50169的规定。

6.4.3 贮热水箱和支架间应有隔热垫,宜采用柔性连接。

6.4.4 蓄热水池应符合下列规定:

1 应满足系统承压要求,并应能承受土壤等荷载;

2 应严密、无渗漏;

3 蓄热水池及内部部件应作抗腐蚀处理,内壁防腐涂料应卫生、无毒、能长期耐受所贮存热水的最高温度;

4 选用的保温材料和保温构造应能长期耐受所贮存热水的最高温度。

6.4.5 土壤埋管换热系统的地埋管及管件应符合设计要求,并应提交第三方质量检验报告和产品合格证明。

6.4.6 土壤埋管季节蓄热系统的施工应符合现行国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366的规定要求。

6.4.7 太阳能蓄热系统的管道施工安装应符合现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 GB 50242和《通风与空调工程施工及验收规范》GB 50243 的规定。

7 太阳能供热采暖工程的调试与验收

7.1 一般规定

7.1.1 太阳能供热采暖工程应在系统调试合格后方可竣工验收。

7.1.2 系统调试应包括设备单机、部件调试和系统联合调试。系统联合调试完成后应进行连续3d的试运行。

7.1.3 太阳能供热采暖系统工程的分项工程验收和竣工验收应符合现行国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300的规定。

7.1.4 分项工程验收宜根据工程施工特点分期进行,对影响工程安全和系统性能的工序,应在本工序验收合格后才能进入下一道工序的施工。

7.1.5 竣工验收应在分项工程验收合格后、工程移交用户前进行,竣工验收应提交下列验收资料:

1 设计变更证明文件和竣工图;

2 主要材料、设备、成品、半成品、仪表的出厂合格证明或检验资料;

3 屋面防水检漏记录;

4 隐蔽工程验收记录和中间验收记录;

5 系统水压试验记录;

6 系统生活热水水质检验记录;

7 系统调试及试运行记录;

8 系统热工性能检验报告。

7.1.6 太阳能供热采暖工程施工质量的保修期限应为自竣工验收合格日起二个采暖期。

7.2 系统调试

7.2.1 太阳能供热采暖工程应由具备资质的单位进行系统调试。

7.2.2 太阳能供热采暖工程系统联合调试应在设备单机、部件调试和试运转合格后进行。

7.2.3 设备单机、部件调试应符合下列规定:

1 水泵安装方向应正确;

2 电磁阀安装方向应正确;

3 温度、温差、水位、流量等仪表显示应正常;

4 电气控制系统应达到设计要求功能,动作应准确;

5 剩余电流保护装置动作应准确可靠;

6 防冻、过热保护装置应工作正常;

7 各种阀门开启应灵活,密封应严密;

8 辅助能源加热设备工作应正常,加热能力应达到设计要求。

7.2.4 系统联合调试应符合下列规定:

1 应调整系统各个分支回路的调节阀门,使各回路流量平衡,达到设计流量;

2 应调试辅助热源加热设备与太阳能集热系统的工作切换,达到设计要求;

3 调整电磁阀使阀前阀后压力应处于设计要求的压力范围内。

7.2.5 系统联合调试宜在设计工况下进行,调试后的运行参数应符合下列规定:

1 供热采暖系统的流量和供热水温度、热风采暖系统的风量和热风温度的调试结果与设计值的偏差不应大于现行国家标准《通风与空调工程施工验收规范》GB 50243的相关规定;

2 太阳能集热系统的流量或风量与设计值的偏差不应大于10%;

3 太阳能集热系统进出口工质的温差应符合设计要求。

7.3 工程验收

7.3.1 太阳能供热采暖工程的分部、分项工程划分可按表7.3.1执行。

表7.3.1 太阳能供热采暖工程的分部、分项工程划分表

序号 分部工程 分项工程

1 太阳能集热系统 预埋件及后置锚栓安装和封堵,基座、支架安装,太阳能集热器安装、其他能源辅助加热或换热设备安装、水泵等设备及部件安装,管道及配件安装、系统水压试验及调试、防腐、绝热

2 蓄热系统 贮热水箱及配件安装、蓄热水池施工、地埋管系统施工、相变材料蓄热系统施工、管道及配件安装、辅助设备安装、防腐、绝热

3 室外供热管网 水泵、风机等设备及部件安装,管道及配件安装,辅助设备安装,系统水压试验及调试,防腐、绝热

4 室内供暖系统 管道及配件安装、低温热水地板辐射采暖系统安装、水-空气处理设备安装、辅助设备及散热器安装、系统水压试验及调试、防腐、绝热

5 室内热水供应系统 管道及配件安装、辅助设备安装、防腐、绝热

6 控制系统 传感器及安全附件安装、计量仪表安装、电缆线路施工安装,接地装置安装

7.3.2 太阳能供热采暖系统的隐蔽工程应在隐蔽前经监理人员验收、认可签证。

7.3.3 太阳能供热采暖系统应在土建工程验收前完成下列隐蔽项目的现场验收:

1 安装基础螺栓和预埋件;

2 基座、支架、集热器四周与主体结构的连接节点;

3 基座、支架、集热器四周与主体结构之间的封堵及防水;

4 太阳能供热采暖系统与建筑物避雷系统的防雷连接节点或系统自身的接地装置安装;

7.3.4 太阳能集热器的安装方位角和倾角应满足设计要求,安装误差不应大于±3°。

7.3.5 太阳能供热采暖系统管道的水压试验压力应为工作压力的1.5倍,工作压力应符合设计要求。当设计未注明时,开式太阳能集热系统应以系统顶点工作压力加0.1 MPa作水压试验;闭式太阳能集热系统和采暖系统应按现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242的规定进行。

7.3.6 太阳能供热采暖系统的热工性能检验应符合下列规定:

1 检测项目应包括太阳能集热系统得热量、太阳能集热系统效率、太阳能供热采暖系统的总能耗、太阳能供热采暖系统的太阳能保证率;

2 测试和计算方法应符合现行国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801的有关规定。

7.3.7 当太阳能供热采暖系统进行竣工验收时,应提交验收报告,验收报告应符合本标准附录G的规定。

7.3.8 太阳能集热系统效率和太阳能供热采暖系统的太阳能保证率应符合设计要求。当设计无明确要求时,应符合表7.3.8的规定。

表7.3.8 不同地区的太阳能集热系统效率和太阳能供热采暖系统太阳能保证率

太阳能资源区划 太阳能集热系统效率η太阳能供热采暖系统太阳能保证率f

短期蓄热

太阳能供热采暖系统 季节蓄热

太阳能供热采暖系统

资源极富区 ≥35% ≥50% ≥70%

资源丰富区 ≥35% ≥40% ≥60%

资源较富区 ≥35% ≥30% ≥50%

资源一般区 ≥35% ≥20% ≥40%

8 太阳能供热采暖工程效益评估

8.1 一般规定

8.1.1 太阳能供热采暖工程的系统设计应包括节能和环保效益分析,设计文件应包括太阳能供热采暖系统的节能和环保效益分析计算书。

8.1.2 设计阶段太阳能供热采暖工程的节能、环保效益评估指标应包括系统的年、寿命期内的总常规能源替代量、年节约费用、年二氧化碳减排量、系统的静态投资回收期和费效比。

8.1.3 太阳能供热采暖工程实际运行的节能、环保效益评估指标应包括太阳能集热系统的年平均效率,系统的太阳能保证率、年常规能源替代量、年节约费用、年二氧化碳减排量、系统的静态投资回收期和费效比。

8.2 系统节能、环保效益分析

8.2.1 太阳能供热采暖系统的节能、环保效益分析应根据设计施工图的参数进行。

8.2.2 系统寿命期内的总常规能源替代量、年节约费用、年二氧化碳减排量、系统的静态投资回收期和费效比的计算应符合本标准附录H的规定。

8.3 系统实际运行效益评估

8.3.1 太阳能供热采暖系统竣工验收后,应根据验收所提供的系统热工性能检验记录进行系统实际运行的节能、环保效益的评估验证。

8.3.2 太阳能供热采暖系统实际运行的节能、环保效益评估应按现行国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801的规定计算太阳能集热系统的年平均效率、系统的太阳能保证率、年常规能源替代量、年节约费用、年二氧化碳减排量、系统的静态投资回收期和费效比。

8.4 系统效益的定期检测、长期监测和性能分级

8.4.1 太阳能供热采暖系统宜进行系统实际运行能耗的定期检测和长期监测。

8.4.2 系统效益定期检测和长期监测的方法应符合现行国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801中短期和长期测试的规定。

8.4.3 太阳能供热采暖工程的性能分级评估和工程评价报告应符合现行国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801的规定。

附录A 代表城市气象参数及不同地区太阳能保证率推荐值

A.0.1 太阳能供热采暖系统设计采用的代表城市气象参数可按表B.0.1选取。

表A.0.1 代表城市气象参数

城市名称 纬度 Hha HLa Hht HLt Ta Sy Td Th S d 资源区

格尔木 36°25´19.238 21.785 11.016 20.91 5.5 8.7 -9.6 -3.1 7.6 Ⅰ

葛 尔 32°30´19.013 21.717 12.827 20.741 0.4 10 -11.1 -9.1 8.6 Ⅰ

拉 萨 29°40´19.843 22.022 15.725 25.025 8.2 8.6 -1.7 1.6 8.7 Ⅰ

阿勒泰 47°44´14.943 18.157 4.822 11.03 4.5 8.5 -14.1 -7.9 4.4 Ⅱ

昌 都 31°09´16.415 18.082 12.593 20.092 7.6 6.9 -2 0.5 7 Ⅱ

大 同 40°06´15.202 17.346 7.977 14.647 7.2 7.6 -8.9 -4 5.6 Ⅱ

敦 煌 40°09´17.48 19.922 8.747 15.879 9.5 9.2 -7 -2.8 6.9 Ⅱ

额济纳旗 41°57´17.884 21.501 8.04 17.39 8.9 9.6 -9.1 -4.3 7.3 Ⅱ

二连浩特 43°39´17.28 21.012 7.824 18.15 4.1 9.1 -16.2 -8 6.9 Ⅱ

哈 密 42°49´17.229 20.238 7.748 16.222 10.1 9 -9 -4.1 6.4 Ⅱ

和 田 37°08´15.707 17.032 9.206 14.512 12.5 7.3 -3.2 -0.6 5.9 Ⅱ

景 洪 22°00´15.17 15.768 11.433 14.356 22.3 6 16.5 17.2 5.1 Ⅱ

喀 什 39°28´15.522 16.911 7.529 11.957 11.9 7.7 -4.2 -1.3 5.3 Ⅱ

库 车 41°48´15.77 17.639 7.779 14.272 11.3 7.7 -6.1 -2.7 5.7 Ⅱ

民 勤 38°38´15.928 17.991 9.112 16.272 8.3 8.7 -7.9 -2.6 7.7 Ⅱ

那 曲 31°29´15.423 17.013 13.626 21.486 -1.2 8 -13.2 -4.8 8 Ⅱ

奇 台 44°01´14.927 17.489 4.99 10.15 5.2 8.5 -13.2 -9.2 4.9 Ⅱ

若 羌 39°02´16.674 18.26 8.506 13.945 11.7 8.8 -6.2 -2.9 6.5 Ⅱ

三 亚 18°14´16.627 16.956 13.08 15.36 25.8 7 22.1 22.1 6.2 Ⅱ

腾 冲 25°01´14.96 16.148 14.352 19.416 15.1 5.8 9 8.9 8.1 Ⅱ

吐鲁番 42°56´15.244 17.114 6.443 11.623 14.4 8.3 -7.2 -2.5 4.5 Ⅱ

西 宁 36°37´15.636 17.336 10.105 16.816 6.5 7.6 -6.7 -3 6.7 Ⅱ

伊 宁 43°57´15.125 17.733 5.774 12.225 9 8.1 -5.8 -2.8 4.9 Ⅱ

伊金霍洛旗 39°34´15.438 17.973 8.839 16.991 6.3 8.7 -9.6 -6.2 7.1 Ⅱ

银 川 38°29´16.507 18.465 9.095 15.941 8.9 8.3 -6.7 -2.1 6.8 Ⅱ

玉 树 33°01´15.797 17.439 11.997 19.926 3.2 7.1 -7.2 -2.2 6.5 Ⅱ

北 京 39°56´14.18 16.014 7.889 13.709 12.9 7.5 -2.7 0.1 6 Ⅲ

长 春 43°54´13.663 16.127 6.112 13.116 5.8 7.4 -12.8 -6.7 5.5 Ⅲ

慈 溪 30°16´12.202 12.804 8.301 11.276 16.2 5.5 6.6 5.5 4.8 Ⅲ

峨眉山 29°31´11.757 12.621 10.736 15.584 3.1 3.9 -3.5 -4.7 5.1 Ⅲ

福 州 26°05´11.772 12.128 8.324 10.86 19.6 4.6 13.2 11.7 4.2 Ⅲ

赣 州 25°51´12.168 12.481 8.807 11.425 19.4 5 10.3 9.4 4.7 Ⅲ

哈尔滨 45°45´12.923 15.394 5.162 10.522 4.2 7.3 -15.6 -8.5 4.7 Ⅲ

海 口 20°02´12.912 13.018 8.937 10.792 24.1 5.9 19 18.5 4.4 Ⅲ

黑 河 50°15´12.732 16.253 4.072 11.34 0.4 7.6 -20.9 -11.6 5.4 Ⅲ

侯 马 35°39´13.791 14.816 8.262 13.649 12.9 6.7 -2.3 0.9 4.8 Ⅲ

济 南 36°41´13.167 14.455 7.657 13.854 14.9 7.1 1.1 1.8 5.5 Ⅲ

佳木斯 46°49´12.019 14.689 4.847 10.481 3.6 6.9 -15.5 -12.7 4.6 Ⅲ

昆 明 25°01´14.633 15.551 11.884 15.736 15.1 6.2 8.2 8.7 6.7 Ⅲ

兰 州 36°03´14.322 15.135 7.326 10.696 9.8 6.9 -5.5 -0.6 5.1 Ⅲ

蒙 自 23°23´14.621 15.247 12.128 15.23 18.6 6.1 12.3 13 6.5 Ⅲ

漠 河 52°58´12.935 17.147 3.258 10.361 -4.3 6.7 -28 -14.7 4 Ⅲ

南 昌 28°36´11.792 12.158 8.027 10.609 17.5 5.2 7.8 6.7 4.7 Ⅲ

南 京 32°00´12.156 12.898 8.163 12.047 15.4 5.6 4.4 3.4 5 Ⅲ

南 宁 22°49´12.69 12.788 9.368 11.507 22.1 4.5 14.9 13.9 4.1 Ⅲ

汕 头 23°24´12.921 13.293 10.959 14.131 21.5 5.6 15.5 14.4 5.7 Ⅲ

上 海 31°10´12.3 12.904 8.047 11.437 16 5.5 6.2 4.8 4.7 Ⅲ

韶 关 24°48´11.677 11.981 9.366 11.689 20.3 4.6 12.1 11.4 4.7 Ⅲ

沈 阳 41°46´13.091 14.98 6.186 11.437 8.6 7 -8.5 -4.5 4.9 Ⅲ

太 原 37°47´14.394 15.815 8.234 13.701 10 7.1 -4.9 -1.1 5.4 Ⅲ

天 津 39°06´14.106 15.804 7.328 12.61 13 7.2 -1.6 -0.2 5.6 Ⅲ

威 宁 26°51´12.793 13.492 9.214 12.293 10.4 5 3.4 3.1 5.4 Ⅲ

乌鲁木齐 43°47´13.884 15.726 4.174 7.692 6.9 7.3 -9.3 -6.5 3.1 Ⅲ

西 安 34°18´11.878 12.303 7.214 10.2 13.5 4.7 0.7 2.1 3.1 Ⅲ

烟 台 37°32´13.428 14.792 5.96 9.752 12.6 7.6 1.5 2.3 5.2 Ⅲ

郑 州 34°43´13.482 14.301 7.781 12.277 14.3 6.2 1.7 2.5 5 Ⅲ

长 沙 28°14´10.882 11.061 6.811 8.712 17.1 4.5 6.7 5.8 3.7 Ⅳ

成 都 30°40´9.402 9.305 5.419 6.302 16.1 3 7.3 6.8 1.7 Ⅳ

广 州 23°08´11.216 11.513 10.528 13.355 22.2 4.6 15.3 14.5 5.5 Ⅳ

贵 阳 26°35´9.548 9.654 5.514 6.421 15.4 3.3 7.4 6.4 2.1 Ⅳ

桂 林 25°20´10.756 10.999 8.05 9.667 19 4.2 10.5 9.2 3.9 Ⅳ

杭 州 30°14´11.117 11.621 7.303 10.425 16.5 5 6.8 5.6 4.6 Ⅳ

合 肥 31°52´11.272 11.873 7.565 10.927 15.4 5.4 4.5 3.6 4.8 Ⅳ

乐 山 29°30´9.448 9.372 4.253 4.702 17.2 3 8.7 8.2 1.5 Ⅳ

泸 州 28°53´8.807 8.77 3.358 3.612 17.7 3.2 9.1 8.7 1.2 Ⅳ

绵 阳 31°28´10.049 10.051 4.771 5.94 16.2 3.2 6.7 6.4 2 Ⅳ

南 充 30°48´9.946 9.939 4.069 4.558 17.3 3.2 8 7.6 0.9 Ⅳ

万 县 30°46´9.653 9.655 4.015 4.583 18 3.6 9.1 8.2 1.1 Ⅳ

武 汉 30°37´11.466 11.869 7.022 9.404 16.5 5.5 6 5.2 4.5 Ⅳ

宜 昌 30°42´10.628 10.852 6.167 7.833 16.6 4.4 6.7 5.9 3.2 Ⅳ

重 庆 29°33´8.669 8.552 3.21 3.531 18.3 3 9.3 8.9 0.9 Ⅳ

遵 义 27°41´8.797 8.685 4.252 4.825 15.3 3 6.7 5.7 1.5 Ⅳ

注:1.Hha:水平面年平均日辐照量(MJ/m2•d);

2.HLa:当地纬度倾角平面年平均日辐照量(MJ/m2•d);

3.Hht:水平面十二月的月平均日辐照量(MJ/m2•d);

4.HLt:当地纬度倾角平面十二月的月平均日辐照量(MJ/m2•d);

5.Ta: 年平均环境温度(℃);

6.Td: 十二月的月平均环境温度(℃);

7.Th: 计算采暖期平均环境温度(℃);

8.Sy: 年平均每日的日照小时数(h);

9.Sd: 十二月的月平均每日的日照小时数(h)。

A.0.2 不同地区太阳能供热采暖系统的太阳能保证率可按表A.0.2选取。

表A.0.2 不同地区太阳能供热采暖系统的太阳能保证率(f)的推荐选值范围

资源区划 短期蓄热系统太阳能保证率 季节蓄热系统太阳能保证率

Ⅰ资源丰富区 ≧50% ≧70%

Ⅱ资源较富区 30%~50% 50%~60%

Ⅲ资源一般区 20%~30% 40%~50%

Ⅳ资源贫乏区 5%~20% 20%~40%

附录B 不同地区太阳能集热器的补偿面积比

B.0.1 太阳能集热器的面积补偿应按下式计算:

AB=As / Rs (B.0.1)

式中:AB ——进行面积补偿后实际确定的太阳能集热器面积;

As ——按集热器方位正南,倾角为当地纬度,按本标准公式(5.2.2-1)、(5.2.2-2)计算得出的太阳能集热器面积;

Rs ——太阳能集热器补偿面积比。

B.0.2 短期蓄热系统的代表城市的太阳能集热器补偿面积比(RS)可选用表B.0.2-1的对应值,季节蓄热系统的代表城市的太阳能集热器补偿面积比(RS)可选用表B.0.2-2的对应值。表中未列入的城市,可选用与该表中距离最近,且纬度最接近的城市的补偿面积比(RS)对应值。

附录C 太阳能集热器平均集热效率计算方法

C.0.1 太阳能集热器的集热效率应按产品的实际测试效率公式(C.0.1-1)或(C.0.1-2)计算:

η=η0-UT* (C.0.1-1)

η=η0-a1T*-a2G(T*)2 (C.0.1-2)

式中:η——以T*为参考的集热器热效率(%);

η0——T* = 0时的集热器热效率(%);

U——以T*为参考的集热器总热损系数[W/(m2 •K)];

a1——以T*为参考的常数;

a2——以T*为参考的常数;

G——总太阳辐照度(W/m2);

T*——归一化温差[(m2•K)/W],计算式为T*=(ti-ta)/ G,ti为集热器工质进口温度(℃),ta为环境温度(℃)。

C.0.2 当计算短期蓄热太阳能供热采暖系统太阳能集热器集热效率时,归一化温差计算的参数选择应符合下列规定:

1 直接系统的集热器工质进口温度(ti)应取供暖系统的回水温度,间接系统的集热器工质进口温度(ti)应等于供暖系统的回水温度加换热器的换热温差。

2 环境温度(ta)应取当地12月的月平均室外环境空气温度。

3 总太阳辐照度(G)应按下式计算:

G =Hd /(3.6Sd) (C.0.2)

式中:G ——总太阳辐照度(W/m2);

Hd——当地12月集热器采光面上的太阳总辐射月平均日辐照量[kJ/(m2•d)];

Sd ——当地12月的月平均每日的日照小时数(h)。

C.0.3 当计算季节蓄热太阳能供热采暖系统太阳能集热器集热效率时,归一化温差计算的参数选择应符合下列规定:

1 直接系统的集热器工质进口温度(ti)应取供暖系统的回水温度,间接系统的集热器工质进口温度(ti)应等于供暖系统的回水温度和换热器换热温差之和。

2 环境温度(ta)应取当地的年平均室外环境空气温度。

3 总太阳辐照度(G)应按下式计算:

G =Hy /(3.6Sy) (C.0.3)

式中:G ——总太阳辐照度(W/m2);

Hy ——当地集热器采光面上的太阳总辐射年平均日辐照量[kJ /( m2 d )];

Sy——当地的年平均每日的日照小时数(h)。

附录D 太阳能集热系统管路、水箱热损失率计算方法

D.0.1 管路、水箱热损失率(ηL)可按经验取值估算,也可按下列规定取值:

1 短期蓄热太阳能供热采暖系统应为10%~20%

2 季节蓄热太阳能供热采暖系统应为10%~15%

D.0.2 需要准确计算管路、水箱热损失率(ηL)时,可按本标准式D.0.3~D.0.5迭代计算。

D.0.3 太阳能集热系统管路单位表面积的热损失可按下式计算:

(D.0.3)

式中:ql——管路单位表面积的热损失(W / m2);

Di——管道保温层内径(m);

D0——管道保温层外径(m);

ta——保温结构周围环境的空气温度(℃);

t——设备及管道外壁温度,金属管道及设备通常可取介质温度(℃);

a0——表面放热系数[W /(m2•℃)];

λ——保温材料的导热系数[W /(m2•℃)]。

D.0.4 贮水箱单位表面积的热损失可按下式计算:

(D.0.4-1)

式中:q ——贮水箱单位表面积的热损失(W / m2);

——保温材料导热系数[W/(m•℃)];

——表面放热系数[W /(m2•℃)];

δ——保温层厚度(m),对于圆形水箱保温:

(D.0.4-2)

D.0.5 管路及贮水箱热损失率ηL可按下式计算:

ηL=(q1A1+qA2)/(GAcηcd) (D.0.5)

式中:A1——管路表面积(m2);

A2——贮水箱表面积(m2);

Ac——系统集热器总面积(m2);

G——集热器采光面上的总太阳辐照度(W / m2);

ηcd——基于总面积的集热器平均集热效率(%),按附录C方法计算。

附录E 间接系统热交换器换热面积计算方法

E.0.1 间接系统热交换器换热面积可按下式计算:

Ahx=(1-ηL)Qhx/(εUhxΔtj) (E.0.1)

式中:Ahx——间接系统热交换器换热面积(m2);

ηL——贮热水箱到热交换器的管路热损失率,可取0.02~0.05;

Qhx——热交换器换热量(kW);

ε——结垢影响系数,0.6~0.8;

Uhx——热交换器传热系数,按热交换器技术参数确定;

Δtj——传热温差,宜取5℃~10℃。

E.0.2 热交换器换热量可按下式计算:

Qhx =(kfQ)/(3600Sy) (E.0.2)

式中:Qhx——热交换器换热量(kW);

k——太阳辐照度时变系数,取1.5~1.8;

f——太阳能保证率(%),按附录A选取;

Q——太阳能供热采暖系统负担的采暖季平均日供热量(kJ);

Sy——当地的年平均每日的日照小时数(h)。

E.0.3 太阳能供热采暖系统负担的采暖季平均日供热量可按下式计算:

Q =QH86400 (E.0.3)

式中:Q——太阳能供热采暖系统负担的采暖季平均日供热量(kJ);

QH——建筑物耗热量(kW)。

附录F 常用相变材料特性

F.0.1 常用相变材料特性可参照表F.0.1。

表F.0.1 常用相变材料特性

相变材料 熔点

(℃) 熔化潜热

(kJ / kg) 固态比重

(kg / m3) 比热 [kJ / (kg ℃)]

固态 液态

6水氯化钙 29.4 170 1630 1340 2310

12水磷酸二钠 36 280 1520 1690 1940

N- (碳)烷 36.7 247 856 2210 2010

粗石蜡 47 209.2 785 2890 -

聚乙烯乙二醇 20-25 146 1100 2260 -

10水硫酸钠 32.4 253 1460 1920 3260

5水硫代硫酸钠 49 200 1690 1450 2389

硬脂酸 69.4 199 847 1670 2300

硫酸铝钾 93 242 1.64 3.7 -

赤藓糖醇 118 340 1.48 1.38 -

附录G 太阳能供热采暖工程验收报告

G.0.1 太阳能供热采暖工程竣工验收报告应符合表表G.0.1的规定。

表G.0.1 太阳能供热采暖工程竣工验收报告

序号 项目 分项内容 要求 分项验收意见 综合验收意见

合格 不合格 备注 合格 不合格

1 技术文件资料 文件、图纸 项目立项、审批文件,地质资料,项目施工设计文件审查报告及其意见,设计变更证明文件、竣工验收图纸齐全。

环境评价资料 对建筑承重及安全、对相关建筑日照影响的分析资料;对水文、地质、生态、相关物理化学指标的影响分析资料齐全。

设备、材料等性能资料 主要设备、材料、成品、半成品、仪表的出厂合格证明;主要设备、材料性能的第三方检验资料齐全。

2 分部工程验收 隐蔽工程验收 隐蔽工程验收和中间验收记录齐全,验收结论合格。

屋面防水验收 屋面防水捡漏记录齐全,验收结论合格。

分项工程验收 本标准表8.3.1中所包含各相关分项工程的验收记录齐全,验收结论合格。

3 系统

调试 系统水压、生活热水水质 系统水压试验记录、生活热水水质检验记录齐全,符合设计要求,结论合格。

设备单机、部件调试 设备单机和部件调试的记录资料齐全,符合设计要求,结论合格。

系统联合调试 系统联合调试记录资料齐全,符合设计要求,结论合格。

系统热工性能 系统热工性能检验记录齐全,符合设计要求,结论合格。

验收意见 验收人员 验收负责人

施工单位负责人

验收日期

附录H 太阳能供热采暖系统效益评估计算公式

H.0.1 太阳能供热采暖系统的年节能量可按下式计算:

ΔQ save=Ac JT(1-ηc)ηcd (H.0.1-1)

式中:ΔQ save——太阳能供热采暖系统的年节能量(MJ);

Ac——系统的太阳能集热器面积(m2),;

JT——太阳能集热器采光表面上的年总太阳辐照量(MJ/m2);

ηc——太阳能集热器的年平均集热效率(%);

ηcd——管路、水泵、水箱和季节蓄热装置的热损失率(%)。

H.0.2 太阳能供热采暖系统寿命期内的总节约费用可按下式计算:

SAV=PI(ΔQ save •Cc-A•DJ)-A (H.0.2-1)

式中:SAV——系统寿命期内的总节约费用(元);

PI——折现系数;

Cc——系统评估当年的常规能源热价(元/ MJ);

A ——太阳能供热采暖系统总增投资(元);

DJ——每年用于与太阳能供热采暖系统有关的维修费用,包括太阳集热器维护,集热系统管道维护和保温等费用占总增投资的百分率。

H.0.3 折现系数可按下式计算:

,d≠e

(H.0.3-1)

,d=e

(H.0.3-2)

式中:d——年市场折现率,可取银行贷款利率;

e——年燃料价格上涨率;

n——分析节省费用的年限,可取10年~15年。

H.0.4 系统评估当年的常规能源热价可按下式计算:

Cc=Cc′/(q•Eff) (H.0.4)

式中:Cc′——系统评估当年的常规能源价格(元 / kg);

q——常规能源的热值(MJ / kg);

Eff——常规能源水加热装置的效率(%)。

H.0.5 太阳能供热采暖系统的费效比可按下式计算:

B=A/(ΔQ save•n) (H.0.5)

式中:B——系统费效比(元 / kWh)。

H.0.6 太阳能供热采暖系统的二氧化碳减排量可按下式计算:

(H.0.6)

式中: ——系统寿命期内二氧化碳减排量(kg);

W——标准煤热值,29.308 MJ/kg;

——碳排放因子,按表H.0.6取值。

表H.0.6碳排放因子

辅助常规能源 煤 石油 天然气 电

碳排放因子 kgCO2/kg标准煤 2.662 1.991 1.481 3.175

本标准用词说明

1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:

1)表示很严格,非这样做不可的:

正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;

2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:

正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;

3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:

正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;

表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。

2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。

引用标准名录

1 《建筑给水排水设计规范》GB 50015

2 《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB 50168

3 《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB 50169

4 《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB 50185

5 《公共建筑节能设计标准》GB 50189

6 《屋面工程质量验收规范》GB 50207

7 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 GB50242

8 《通风与空调工程施工验收规范》GB 50243

9 《城市工程管线综合规划规范》GB 50289

10 《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300

11 《建筑电气工程施工质量验收规范》GB 50303

12 《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366

13 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736

14 《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801

15 《平板型太阳能集热器》GB/T 6424

16 《设备及管道保温设计导则》GB 8175

17 《真空管型太阳能集热器》GB/T 17581

18 《城镇供热管网设计规范》CJJ 34

19 《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81

20 《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26

21 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134

中华人民共和国国家标准

太阳能供热采暖工程技术标准

GB 50495-20××

条文说明

编制说明

《太阳能供热采暖工程技术标准》(GB50495-201X),经住房和城乡建设部201 X年X月 X日以第X X X X号公告批准发布。

本标准是在《太阳能供热采暖工程技术规范》(GB50495-2009)的基础上修订而成,上一版的主编单位是中国建筑科学研究院,参编单位是国家住宅与居住环境工程技术研究中心、国际铜业协会(中国)、北京市太阳能研究所有限公司、昆明新元阳光科技有限公司、深圳市嘉普通太阳能有限公司、北京创意博能源科技有限公司、山东力诺瑞特新能源有限公司、皇明太阳能集团有限公司、北京清华阳光能源开发有限公司、江苏太阳雨太阳能有限公司、北京九阳实业公司、艾欧史密斯(中国)热水器有限公司、默洛尼卫生洁具(中国)有限公司、北京北方赛尔太阳能工程技术有限公司、北京天普太阳能工业有限公司、山西华夏新能源科技有限公司,主要起草人员是郑瑞澄、路宾、李忠、何涛、张磊、张昕宇、孙宁、朱敦智、朱培世、邹怀松、刘学真、孙峙峰、倪超、徐志斌、冯爱荣、窦建清、焦青太、赵国华、程兆山、方达龙、赵大山、任杰、霍炳男。本次修订的主要技术内容是:1.补充了术语,调整、修改了原太阳能供热采暖系统设计、太阳能供热采暖工程施工、太阳能供热采暖工程的调试、验收与效益评估的章节编排、名称及技术内容;2.增加了被动太阳能供暖一章;3.补充了太阳能热电联产供热采暖技术的相关内容;4.完善了液态工质太阳能集热系统设计流量和贮热水箱容积配比的计算要求;5.补充了地埋管蓄热系统的技术要求和新增相变材料的特性。

为便于广大施工、监理、设计、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定,《太阳能供热采暖工程技术标准》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是,本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。

目 次

1 总 则 78

2 术 语 82

3 被动太阳能供暖 86

3.1 一般规定 86

3.2 总体设计 86

3.3 围护结构 86

3.4 被动太阳能集热蓄热部件 87

4 主动太阳能供热采暖系统 88

4.1 一般规定 88

4.2 供热采暖系统分类 89

4.3 供热采暖系统选型 91

4.4 供热采暖系统负荷计算 93

5 太阳能集热系统 95

5.1 一般规定 95

5.2 太阳能集热系统设计 97

5.3 太阳能集热系统施工 102

6 太阳能蓄热系统 104

6.1 一般规定 104

6.2 太阳能短期蓄热系统设计 105

6.3 太阳能季节蓄热系统设计 106

6.4 太阳能蓄热系统施工 108

7 太阳能供热采暖工程的调试与验收 109

7.1 一般规定 109

7.2 系统调试 109

7.3 工程验收 111

8 太阳能供热采暖工程效益评估 113

8.1 一般规定 113

8.2 系统节能、环保效益分析 113

8.3 系统实际运行效益评估 113

8.4 系统效益的定期检测、长期监测和性能分级 113

附录B 代表城市气象参数及不同地区太阳能保证率推荐值 115

附录C 太阳能集热器平均集热效率计算方法 116

附录D 太阳能集热系统管路、水箱热损失率计算方法 117

附录H 太阳能供热采暖系统效益评估计算公式 118

1 总 则

1.0.1 制定本标准的宗旨。随着我国国民经济的持续发展,城乡人民居住条件的改善和生活水平的不断提高,建筑能耗快速增长,建筑用能占全社会能源消费量的比例已接近30%,从而加剧了能源供应的紧张形势。在建筑能耗中,供热采暖用能约占45%,是建筑节能的重点领域。为降低建筑能耗,既要节约,又要开源,所以,应努力增加可再生能源在建筑中的应用范围。

太阳能是永不枯竭的清洁能源,是人类可以长期依赖的重要能源之一,利用太阳热能为建筑物供热采暖可以获得非常良好的节能和环境效益,长期以来,一直受到世界各国的普遍重视。近十余年来,欧洲、北美发达国家的太阳能供热采暖规模化利用技术快速发展,建成了大批利用太阳能的区域供热采暖工程,并编写出版了相应的技术指南和设计手册;我国的太阳能供热采暖技术近几年来也成为可再生能源建筑应用的热点,各地陆续建成一批试点示范工程,并已形成进一步推广应用的发展趋势。

国内目前完成的太阳能供热采暖工程,基本上是依据太阳能企业过去做太阳能热水系统的经验,系统设计的科学性、合理性较差,更做不到优化设计,使系统建成后不能发挥应有的效益;太阳能供热采暖系统需要的太阳能集热器面积较多,与建筑围护结构结合安装时,既要保证尽可能多的接收太阳光照,又要保证其安全性;这些问题都需要通过技术规范加以解决。因此,为了规范太阳能供热采暖工程的设计、施工和验收,确保太阳能供热采暖系统安全可靠运行并更好发挥节能效益,特制订本标准。

1.0.2 规定了本标准的适用范围。太阳能供热采暖技术包括被动太阳能供暖、主动太阳能供热采暖及太阳能热电联产供热采暖三种类型,可根据当地条件选择适用的类型。太阳能供热采暖的工程应用并不只限于城市,也适用于乡镇、农村的民用建筑;工厂车间等工业建筑一般具有较大的屋顶面积,要求的供暖室温低,同样适合太阳能供热采暖,并具有良好的节能效益。因此,对凡使用太阳能供热采暖技术的民用和部分工业建筑物,无论新建、扩建、改建或既有建筑,无论位于城市、乡镇还是农村,本标准均适用。标准中所涉及的系统设计方面内容,针对新建、扩建、改建和既有建筑同等有效;但对系统安装、工程施工的要求规定,针对新建和既有建筑扩建、改建,则会有所不同。

1.0.3 目前我国太阳能热水器的安装使用总量居世界第一,但大多作为建筑的后置部件在房屋建成后才购买安装,由此造成了对建筑安全和城市景观的不利影响,为解决这一问题,国家建设行政主管部门提出了太阳能热水器与建筑结合的发展方向,并在现行国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》 GB50364对系统与建筑结合做出了规定。与太阳能热水系统相比,太阳能供热采暖系统的集热器面积更大,技术的综合性更强,因此,更需要严格纳入工程建设的规定程序,按工程建设的要求,统一规划、设计、施工、验收和投入使用。

1.0.4 由于建筑物的供暖负荷远大于热水负荷,为满足建筑物的供暖需求,太阳能供热采暖系统的集热器面积较大,如果在设计时没有考虑全年综合利用,就会导致非采暖季产生的热水无法使用,从而浪费投资、浪费资源,以及因系统过热而产生安全隐患;所以,须强调太阳能供热采暖系统的全年综合利用。可采用的措施有:适当降低系统的太阳能保证率,合理匹配供暖和供热水的建筑面积(同一系统供热水的建筑面积大于供暖的建筑面积),提供夏季的制冷空调,以及进行季节蓄热等。

1.0.5 该条目的是为确保建筑物的结构安全。由于既有建筑建成的年代参差不齐,有的建筑已使用多年,过去我国在抗震设计等结构安全方面的要求也比较低,而太阳能供热采暖系统的太阳能集热器需要安装在建筑物的外围护结构表面上,如屋面、阳台或墙面等,从而加重了安装部位的结构承载负荷量,如果不进行结构安全复核计算,就会对建筑结构的安全性带来隐患;特别是太阳能供热采暖系统中的太阳能集热器面积较大,对结构安全影响的矛盾更加突出。

结构复核可以由原建筑设计单位或其他有资质的建筑设计单位根据原施工图、竣工图、计算书进行,或经法定检测机构检测,确认不会影响结构安全后,才能够实施增设或改造太阳能供热采暖系统,否则,不能进行增设或改造。

1.0.6 鉴于目前我国节能减排工作的严峻形势,各级建设行政主管部门已严格要求新建、改建和扩建建筑物执行建筑节能设计标准,所以,设置了太阳能供热采暖系统的建筑物,须首先满足节能设计标准的规定。在此基础上,有条件的工程项目应适当提高标准,特别是要提高围护结构的保温性能;太阳能的特点是在单位面积上的能量密度较低,要降低太阳能供热采暖系统的增投资,提高系统的太阳能保证率,首先就须从改善围护结构的保温措施着手,只有大幅度降低建筑物的采暖耗热量,才能有效降低系统的初投资;所以,提高对设置太阳能供热采暖系统新建,改建和扩建的既有供暖建筑物的节能设计要求,能够更好发挥太阳能供热采暖系统的节能效益,有利于太阳能供热采暖技术的推广应用,同时也可以为今后进一步提高建筑节能设计标准的规定指标积累经验。

我国过去建成的大量建筑物都不符合建筑节能设计标准的要求,随着建筑节能水平的进一步发展和提高,将开展对既有建筑进行大规模的节能改造,包括增加对围护结构的保温措施等;因此,对设置太阳能供热采暖系统的既有建筑进行围护结构热工性能复核,增加相应节能措施,既符合形势要求,又是保证太阳能供热采暖系统节能效益的必要措施。如果设置太阳能供热采暖系统的既有建筑,不符合相关的建筑节能标准要求时,宜按所在气候区国家、行业和地方建筑节能设计标准和实施细则的要求采取相应措施,否则,建筑物的采暖耗热量过大,将导致太阳能供热采暖系统不能发挥应有的效益。

1.0.7 本条规定了采用高温聚焦型太阳能集热器的太阳能供热采暖系统的适用条件。在太阳能热利用领域,可产生高于250℃工质温度的高温聚焦型太阳能集热器的应用目的是太阳能热发电,而不是供热采暖;因为供热采暖的工质温度低于100℃,并不需要使用高温聚焦型太阳能集热器;故热电联产联供是其合理应用的必要前提。作出本条规定的原因还在于过去曾有过高温聚焦型太阳能集热系统仅用于供暖的案例,需将250℃以上的工质温度通过两次换热降低至供暖温度要求,浪费资源和投资,使太阳能利用的效益大打折扣。所以,高温聚焦型太阳能集热系统应热电联产联供,与常规能源热电站的热电联供相同,是利用太阳能热发电的余热进行供暖。

1.0.8 太阳能热电联产系统应尽量靠近负荷中心,如果远离热用户,压降和温降过大,会降低供热质量,而且由于目前供热管网的造价较高,如果输热距离过长,将使热网投资增加很多,降低供热的经济性,因此在本条对供热半径提出了要求。

1.0.9 由于非采暖期热负荷较小,热电联产的经济效益较低。因此,在非采暖期的夏季增加制冷(吸收式或蒸汽喷射式)热负荷供给,可提高热电联产供热系统的经济效益。

对蒸汽热力网,发展制冷负荷和季节性夏季生产负荷,不但可以提高热电联产的经济效益,还可减少管网沿途热损失和凝结水量,提高管网的运行效益。

对热水热力网,为了提高制冷机组的制冷系数,需要提高热力网非采暖期的运行参数,这又会降低供热发电的经济性,所以只有当制冷负荷足够大时,才是经济合理的。

1.0.10 太阳能供热采暖工程在能够正常工作的全寿命周期内,其系统太阳能保证率等相关节能效益参数是变化的。发达国家的一些优秀工程,不是只在设计阶段评估工程的节能效益,还会通过对系统的长期监测等技术措施,持续进行工程的效益分析;同时在此过程中不断调整相关控制策略,实现系统的最优化运行,达到系统节能效益的最大化。如加拿大卡尔加里的地埋管季节蓄热太阳能供暖系统,2007年建成时的设计太阳能保证率为80%,至2016年成为世界上首个100%太阳能保证率的供暖工程,即是得益于对该工程进行持续监控分析、不断优化的过程。而过去我国对这一关键环节重视不够,需要认真学习发达国家的先进经验,进一步提高水平,故作出本条规定。

1.0.11 太阳能供热采暖工程只是利用太阳能作为供热热源,其中的供热管网和末端供暖系统、设备,与使用常规能源供热采暖的工程完全相同;因此,可以按现行相关国家标准和行业标准的规定,进行供热管网和末端供暖系统、设备的设计、施工、调试与验收,而不需在本标准中另行提出要求。相关的国家现行标准有《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242、《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243及《地面辐射供暖技术规程》JGJ 142等。

1.0.12 太阳能供热采暖工程应用是建筑和太阳能应用领域多项技术的综合利用,在建筑领域,涉及到建筑、结构、暖通空调、给排水等多个专业,本标准只能针对太阳能供热采暖工程本身具有的特点进行规定和要求,不可能把所有相关的专业技术规定都涉及到,所以,与太阳能供热采暖工程应用相关的其他标准都应遵守执行。

2 术 语

2.0.1 太阳能供热采暖有被动和主动两种技术类型,被动式类型只能为建筑物供暖或降温,不能提供生活热水等其他用热;主动式类型则既可为建筑物供暖,又可提供生活热水等其他用热。

2.0.2 被动太阳能供暖是指不在建筑物上另外附加设备/系统,仅依靠建筑物自身利用太阳能的供暖方式。对于在集热墙等被动太阳能集热部件中设置小功率风机、以强化对流换热的措施,则仍被视为被动太阳能供暖方式——这是国际上已形成的业内共识。

2.0.3 主动太阳能供热采暖系统的主要部件有太阳能集热器、换热蓄热装置、控制系统、其他能源辅助加热/换热设备、泵或风机、连接管道和末端供热采暖系统等。

2.0.4 本条术语所说的短期,一般指贮热周期不超过15d的蓄热系统。根据我国大部分采暖地区的气候特点,冬季连阴、雨、雪天的时段均在一周以内,因此,短期蓄热太阳能供热采暖系统通常具有一周的贮热设备容量;条件许可时,也可根据当地气象条件、特点适当加大贮热设备容量,延长蓄热时间。

2.0.10 太阳能集热系统指用于收集太阳能并将其转化为热能传递到蓄热装置的系统,包括太阳能集热器、管路、泵或风机(强制循环系统)、换热器(间接系统)、蓄热装置及相关附件。

2.0.19 太阳能集热系统效率的计算公式如下:

%

(1)

式中:E——太阳能供热采暖系统效率(%);

QJ——在指定时间段内太阳能集热系统的得热量(MJ),其测试方法应符合本标准8.4.2条的规定;

A——太阳能集热系统的集热器总面积;

H——指定时间段内的太阳总辐照量(MJ/m2)。

2.0.20 该参数的定义目的是为了防止在系统设计时采用过大的循环水泵/风机,以提高系统的输配效率。

2.0.21 因为由太阳能供热采暖系统提供的设计热负荷是建筑物耗热量,所以该参数的定义对比国家标准《太阳能热利用术语》GB/T 12936-2007做了相应修改,使之与太阳能供热采暖的关联度更高。

2.0.22 该参数在国外文献资料中称之为太阳能热价(Solar cost),是评价系统经济性的重要参数;为能够更直观地反映其实际含义,通俗易懂,将其中文名称定为系统费效比,该定义名称已在评价国内实施的示范工程时使用。其中的常规能源是指具体工程项目的辅助能源加热设备所使用的能源种类(天然气、标准煤或电)。

2.0.23 该条术语由行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010中“建筑物耗热量指标”的术语定义改写。在本标准中特别提出该条术语定义,是为更清楚地说明由太阳能集热系统负担的采暖负荷量。

2.0.24 该条术语参照国家标准《供暖通风与空气调节术语标准》GB/T 50155中“热负荷”和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26中“建筑物耗热量指标”的术语定义改写。在本标准中特别提出该条术语定义,是为更清楚地说明由其他能源加热/换热设备负担的采暖负荷量。

2.0.25 太阳能集热器总面积AG的计算公式如下:

(2)

式中:

L1——最大长度(不包括固定支架和连接管道);

W1——最大宽度(不包括固定支架和连接管道);

图1 集热器总面积

2.0.26 各种类型的太阳能集热器采光面积Aa的计算如下:

1)平板型集热器

(3)

式中:

L2——采光口的长度;

W2——采光口的宽度。

图2 平板型集热器的采光面积

2)无反射器真空管集热器

(4)

式中:

L2——真空管未被遮挡的平行和透明部分的长度;

d ——罩玻璃管外径;

N——真空管数量。

图3 平板型集热器的采光面积

3)有反射器真空管集热器

(5)

式中:

L2——外露反射器长度;

W2——外露反射器宽度。

图4 有反射器的真空管集热器的采光面积

3 被动太阳能供暖

3.1 一般规定

3.1.1 太阳能能量密度低,时空分布不均,降低建筑供暖需求是实施太阳能采暖的重要前提,因此建筑应具有较高的节能水平,除满足建筑节能标准要求外,被动太阳能供暖是降低建筑采暖能耗的另一重要途径。

3.1.2 我国有采暖需求的区域,大部分地区夏季还有空调降温的需要,如果建筑设计仅考虑冬季太阳能得热,有可能会增加夏季空调降温能耗,造成全年空调采暖总能耗的增加,因此在进行被动式太阳能供暖设计时,还应兼顾夏季空调的需求。

3.2 总体设计

3.2.3 为降低建筑物的传热损失,需尽可能减少建筑外围护结构的面积,保持较小体形系数。

3.2.4 以传统能源为热源的供暖系统设计时,要求进行稳态负荷计算,这符合传统能源可以稳定获得、时空分布变化不大的特点。而太阳能在一天内、季节间、不同区域间均在变化,掌握建筑能耗的动态变化对于太阳能供暖系统的应用非常必要。因此应根据不同气候区建筑热工性能参考值,综合考虑当地技术经济条件,以降低建筑能耗值为目标,通过建筑能耗模拟,进行建筑能耗、建筑室内温度及窗墙面积比优化设计计算。

3.3 围护结构

3.3.1 围护结构的热惰性是指对外界温度波动的抵抗能力。围护结构热惰性越大,建筑物内表面温度受外波动影响越小,越有利于主动太阳能供暖系统的应用。

3.3.3 严寒和寒冷地区的供暖能耗在全年建筑总能耗中占主导地位,太阳辐射可降低冬季供暖能耗 ,但也会增加夏季空调能耗,因此应根据各地区的不同气候条件,综合考虑遮阳措施对冬夏季能耗的影响。

3.3.4 外门窗的可移动保温遮阳装置是有良好节能效果的设施,可人工手动操作启闭,但在有条件时,宜优先采用自动控制启闭,夜间应覆盖门窗,日间有太阳辐照应移开遮阳装置。

3.4 被动太阳能集热蓄热部件

3.4.1 吸收率、蓄热能力等是集热蓄热部件的关键参数。对于接收辐射表面不与室外空气直接接触的集热蓄热部件,如外表面有玻璃盖板的Tromb Wall,为保证集热蓄热部件的使用效果,其吸收率应不低于同类基本材料。(混凝土墙面0.7,黑色镀锌钢板表面0.89)同时,为保证良好的蓄热效果,构筑物主体材料应具有较大的体积热容量及导热系数。密度大的重型材料体积热容量较大,如砖墙、混凝土墙等。对于接收辐射表面与室外空气直接接触的集热蓄热部件,其作为围护结构的一部分,需在满足建筑设计效果、以及建筑节能标准的前提下,综合考虑表面涂层吸收率、导热性能等参数。

3.4.2 被动太阳能集热蓄热部件通过吸收太阳辐射,并向室内提供热量。对于夏季有供冷需求的建筑,这部分得热量增大了建筑冷负荷,因此应合理设计对流散热或遮阳装置,在夏季避免太阳辐射热量进入室内。

4 主动太阳能供热采暖系统

4.1 一般规定

4.1.1 本条规定了构成主动太阳能供热采暖系统的分系统和关键设备。其中,太阳能集热系统由太阳能集热器、循环管路、泵或风机等动力设备和相关附件组成;蓄热系统主要包括贮热水箱、蓄热水池、地埋管土壤蓄热系统、相变蓄热或卵石蓄热堆等蓄热装置和管路、附件;末端供热采暖系统主要包括热媒配送管网、散热器、风机盘管等设备和附件;其他能源辅助加热/换热设备是指使用电、燃气等常规能源的锅炉和换热器等设备。

4.1.2 太阳能供热采暖系统是根据采暖热负荷确定太阳能集热器面积进行系统设计的,所以系统在非采暖季可提供生活热水的建筑面积会大于冬季采暖的建筑面积,即热水系统的供热水范围必定大于冬季采暖的范围。

以在一个由若干栋住宅组成的小区内设计太阳能供热采暖系统为例,如果系统设计是冬季为其中的2栋住宅供暖,那么在非采暖季生活热水的供应范围是选4栋、6栋、还是更多栋住宅,就需要根据所在地区气候、太阳能资源条件、用水负荷,综合业主要求、投资规模、安装等条件通过计算,合理确定适宜的供水范围。是否适宜,需要遵循的一个重要原则是保证系统在非采暖季正常运行的条件下不会产生过热。

4.1.3 太阳能是间歇性能源,在系统中设置其他能源辅助加热/换热设备,其目的是既要保证太阳能供热采暖系统稳定可靠运行,又要降低系统的规模和投资,否则将造成过大的集热、蓄热设备、设施和过高的初投资,在经济性上是不合理的。

辅助热源应根据当地条件,选择城市热网、电、燃气、燃油、工业余热或生物质燃料等。加热/换热设备选择各类锅炉、换热器和热泵等,做到因地制宜、经济适用。对选用辅助热源的种类没有限制,但应和当地使用的实际能源种类相匹配,特别是要与设置太阳能供热采暖系统建筑物用于其他用途的常规能源类型和设备相匹配或相一致,比如配有管道燃气供应的建筑物,其太阳能供热采暖系统的辅助热源就不应再使用电。应特别重视城市中工业余热的利用,以及乡镇、农村中的生物质燃料应用。

4.1.4 在现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736、《公共建筑节能设计标准》GB 50189和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010中,均对采暖热源的适用条件和使用的常规能源种类做出了规定,其目的除了保证技术上的合理性之外,另一重要的原因是为满足建筑节能的要求;例如,国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015中的4.2.2条强制性条文:“除符合下列条件之一外,不得采用电直接加热设备作为供暖热源:(5种条件略)”,对采用电热锅炉等设备做出了限制规定;太阳能供热采暖系统是以节能为目标,因此,更应该严格遵守。

此外,太阳能供热采暖系统中使用的其他能源加热/换热设备和常规采暖系统中的热源设备没有区别,为满足建筑节能的要求,相关标准中对采暖系统的热源性能——例如锅炉额定热效率等做出了规定。为提高整体效益,太阳能供热采暖系统在选择其他能源加热/换热设备时,同样需遵守。

4.1.5 我国已全面推进供暖热计量和供暖收费改革,太阳能供热采暖作为一项节能新技术进入供暖市场,更应认真执行国家的政策要求;此外,只有通过对系统性能的监测分析,才能筛选出有良好节能效益的优质工程,奖优罚劣,促进太阳能热利用技术的健康发展。所以,要求太阳能供热采暖工程,应在系统中设计安装用于监测系统能量——包括太阳能集热系统得热量、太阳能集热系统供热量、辅助热源供热量、系统水泵、风机耗电量等的计量装置。

4.1.6 本条规定了太阳能热电联产系统换热机房的设置。换热机房应设供热量、燃料消耗量、补水量、耗电量的计量表具,有条件时,循环水泵电量宜单独计量。应根据太阳能热电联产系统的平均工作温度进行换热器的选型,防止换热器选型过大。

4.1.7 本条规定了太阳能热电联产供热采暖系统适用的供热介质参数。虽然太阳能热发电的工作温度很高,但目前我国已进行过约200℃高温水热力网的试验工作,技术上是可行的,故本标准将热水热力网供热介质参数的适用范围定为:温度不高于200℃,工作压力不高于2.5Mpa(200℃热水对应的饱和蒸汽压力约为1.56MPa)。而城镇蒸汽热力网的供热介质参数,目前我国一般为压力不高于1.3MPa,温度不高于300℃,可以满足一般工业用户的要求。

4.1.8 我国常规能源热电厂的冷、热、电三联供技术已十分成熟,因此,与之关联相关标准中的规定,同样适用于太阳能热电联产供热采暖系统。

4.2 供热采暖系统分类

4.2.1 按不同的工作温度,太阳能热利用可划分为:低温、中温和高温利用;我国太阳能热利用技术领域达成的共识是:工作温度低于100℃为低温利用,工作温度100℃~250℃为中温利用;依据目前常规供热采暖的实际应用状况,系统工作温度大多低于100℃,故太阳能供热采暖属低温利用,采用非聚光型太阳能集热器即可;但在投资条件较好、兼有夏季空调制冷功能时,也可采用属中温利用的聚光型太阳能集热器。

4.2.2 虽然在太阳能供热采暖系统中可以使用的太阳能集热器种类很多,但按集热器的工作介质划分,均可归到空气和液体工质两大类中,这两大类集热器在太阳能供热采暖系统中所使用的末端供暖系统类型、蓄热方式和主要设计参数等有较大差别,适用的场合也有所不同,在进行太阳能供热采暖系统选型时,需要根据使用要求和具体条件选用适宜类型的太阳能集热器。当然,工作介质相同的太阳能集热器,其材质、结构、构造和规格、尺寸等参数不同时,其性能参数也会有所不同,但不同点只是在参数的量值上有差别,不会影响到供热采暖系统的选型,因此,按选用的太阳能集热器工质种类划分系统类型时,可归为空气和液态工质两大类型。

4.2.3 太阳能集热系统的运行方式和系统安装使用地点的气候、水质等条件和系统的初投资等经济因素密切相关。由于太阳能供热采暖系统的功能是兼有供暖和热水,所以液态工质通常采用的运行方式是间接式太阳能集热系统;但我国是发展中国家,为降低系统造价,在气候相对温暖和软水质的地区,系统规模较小时,也可以采用直接式太阳能集热系统。而采用空气集热器的系统则大多为直接式系统。

4.2.4 太阳能供热采暖系统需要安装的太阳能集热器面积数量较大,特别是大、中型区域太阳能供暖热力站;我国人口稠密,在通常情况下,建筑物可能会没有足够的外围护结构面积可用于安装集热器;因此,在有条件地区(即拥有较大面积空闲土地的地区),将太阳能集热器直接安装在地面上是最好的解决办法,不需考虑与建筑的一体化结合,施工难度也较小。直接安装在地面上的太阳能集热系统又可称之为太阳能集热场。

4.2.5 太阳能的不稳定性决定了太阳能供热采暖系统须设置相应的蓄热装置,具有一定的蓄热能力,从而保证系统稳定运行,并提高系统节能效益;虽然目前国内基本上是应用短期蓄热系统,但国外已有大量的季节蓄热太阳能供热采暖系统工程实践,和十多年的工程应用经验,技术成熟,太阳能可替代的常规能源量更大,可以作为我们的借鉴;因此,将短期蓄热和季节蓄热两种太阳能供热采暖系统都包括在本标准中。

应根据系统的投资规模和工程应用地区的气候特点选择蓄热系统,一般来说,气候干燥、阴、雨、雪天较少和冬季气温较高地区可用短期蓄热系统,选择蓄热能力较低和蓄热周期较短的蓄热设备;而冬季寒冷、夏季凉爽、不需设空调系统的地区,更适宜选择季节蓄热太阳能供热采暖系统,以利于系统全年的综合利用。

4.2.6 户式太阳能供热采暖系统的供暖用户是单栋建筑、或建筑中的单个住户,系统规模较小,供热管网系为该栋建筑或住户单独设置;区域太阳能供热采暖系统的供暖用户则是多栋建筑、或整个住宅小区等,系统规模较大,是由设置的集中供热管网,为该区域内的全部建筑供暖。

4.2.7 太阳能供热采暖系统与常规供热采暖系统的主要不同点是使用的热源不同,太阳能供热采暖系统的热源部分是收集利用太阳能的太阳能集热系统,常规供热采暖系统的热源是使用煤、天然气等常规能源的锅炉、换热器等设备;两种系统使用的末端供暖系统并无不同,目前常规供热采暖系统使用的末端供暖系统都能在太阳能供热采暖系统中使用,所以,在按末端供暖系统分类时,这些常规末端供暖系统均包括在内。但从提高系统运行效率、性能和适用合理性的角度分析,太阳能集热系统与末端供暖系统的配比组合对系统的工作性能、质量有较大影响,应在系统选型时予以充分重视。

由于目前市场上的液态工质太阳能集热器多是低温热水地板辐射为供生活热水而设计生产,冬季的工作温度较低——一般在40℃左右,所以现阶段最适宜的末端供暖系统是低温热水地板辐射供暖系统;但随着高效太阳能集热器新产品的开发和工作温度的不断提高,今后与其他类型的末端供暖系统相匹配也是适宜的。

4.3 供热采暖系统选型

4.3.1 太阳能是一种不稳定热源,会受到阴天和雨、雪天气的影响,当地的太阳能资源、室外环境气温和系统工作温度等条件对太阳能集热器的运行效率有影响,选用的系统形式和产品档次会受到业主要求和投资规模的影响,建筑物的类型(多层、高层住宅、公共建筑、车间等不同种类建筑)会影响太阳能集热系统的安装条件,所有这些影响因素都需要在进行系统设计选型时统筹考虑。选择的系统类型应与当地的太阳能资源和气候条件,建筑物类型和投资规模相适应,在保证系统使用功能的前提下,使系统的性价比最优。

4.3.2 由于太阳能供热采暖系统中的太阳能集热器是安装在建筑物的外围护结构表面上,会给系统投入使用后的运行管理维护和部件更换带来一定难度;太阳能集热器的规格、尺寸须和建筑模数相匹配,做到与建筑结合,其施工安装也与常规系统有所不同;在既有建筑上安装太阳能集热系统,不能破环原有的房屋功能,如屋面防水等,以及如何保证施工维修人员的安全等问题;如果在设计时没有予以充分重视,不但带来了安全隐患、破坏建筑立面美观等系列问题,还会影响系统不能发挥应有的作用和效益。

目前国内已发布实施了与太阳能供热采暖技术相关的各类国家建筑标准设计图集,进行系统设计时,可以直接引用和参照执行。

4.3.3 与建筑结合的太阳能供热采暖系统,对应于不同的建筑气候分区和不同的建筑物类型,其适用性是不同的,需在系统选型时综合考虑。设计太阳能供热采暖系统的主要目的是供暖,建筑物的使用功能——公共建筑、居住建筑或车间等,对系统选型的影响不大,而建筑物的层数对系统选型的影响相对较高,因此,表4.3.3中的建筑物类型是按低层、多层和高层来进行划分。

空气集热器太阳能供热采暖系统主要用于建筑物内需要局部热风采暖的部位,有庞大的风管、风机等系统设备,占据较大空间,而且,目前空气集热器的热性能相对较差,为减少热损失,提高系统效益,空气集热器离送热风点的距离不能太远,所以,空气集热器太阳能供热采暖系统不适宜用于多层和高层建筑。

太阳能集热器的工作温度越低,室外环境温度越高,其热效率越高,严寒地区冬季的室外温度较低,对集热器的实际工作热效率有较大影响,为提高系统效益,应使用低温热水地板辐射采暖末端供暖系统,如因供水温度低,出现地板可铺面积不够的情况,可将地板辐射扩展为天棚辐射、墙面辐射等,以保证室内的设计温度;寒冷地区冬季的室外温度稍高,但对集热器的工作效率还是有影响,所以仍应采用低温供水采暖,选用地板辐射采暖末端供暖系统或散热器均可,但应适当加大散热器面积以满足室温设计要求;而在夏热冬冷和温和地区,冬季的室外环境温度较高,对集热器的实际工作热效率影响不大,可以选用工作温度稍高的末端供暖系统,如散热器等,以降低投资;在夏热冬冷地区,夏季普遍有空调需求,系统的全年综合利用可以冬季供暖、夏季空调,冬夏季使用相同的水—空气处理设备,从而降低造价,提高系统的经济性。夏热冬冷和温和地区的供暖需求不高,供暖负荷较小,短期蓄热即可满足要求;夏热冬冷地区的系统全年综合利用可以用夏季空调来解决,所以,在这两个气候区,不需要设置投资较高的季节蓄热系统。

4.3.4 太阳能液体工质集热器供热采暖系统的热媒是水,与热水辐射采暖、空气调节系统采暖和散热器采暖的热媒相同,所以,可用于现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736中规定采用这些采暖方式的各类建筑。太阳能空气集热器供热采暖系统的热媒是空气,可以直接供给建筑物内需热风采暖的区域。

4.3.5 本条规定了太阳能供热采暖系统中可以和液体工质集热器配合工作的末端供暖系统。可用于常规采暖、空调系统的末端设备、系统——低温热水地板辐射、水—空气处理设备和散热器等均可用于太阳能供热采暖系统;选用时须根据具体工程的条件。只设置采暖系统的建筑,应优先选用低温热水地板辐射;拟设置集中空调系统的建筑,应选用水—空气处理设备;在温和地区只设置采暖系统的建筑,或使用高效集热器的单纯采暖系统,也可选用散热器采暖;以降低工程初投资,提高系统效益。

4.3.6 本条规定了太阳能空气集热器供热采暖系统中对末端供暖设备的噪声限制要求,以保障用户权益。

4.4 供热采暖系统负荷计算

4.4.1 由于太阳能供热采暖系统要做到全年综合利用,系统负担的负荷有两类:采暖热负荷和供热水负荷;规定用两者中较大的负荷作为最后确定的系统负荷,是为保证系统的运行效果。太阳能是不稳定热源,所以系统负荷是由太阳能集热系统和其他能源辅助加热/换热设备共同负担,而两者负担的负荷量是不同的;因此,在后面条文中分别规定了不同类型负荷的计算原则,给出了计算公式。

4.4.2 本条规定了由太阳能集热系统负担的采暖热负荷是在采暖期室外平均气温条件下的建筑物耗热量。即:太阳能集热系统所负担的只是建筑物在采暖期的平均采暖负荷,而不是建筑物的最大采暖负荷。这样做的好处是降低系统投资,提高系统效益;否则会造成系统的集热器面积过大,增加系统过热隐患,降低系统费效比。

1 本款公式由行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010 中给出的建筑物耗热量指标公式改写,将耗热量指标公式中的各项乘以建筑面积即为本条公式。建筑物内部得热量的选取,针对居住建筑和公共建筑有所区别,居住建筑可按行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010的规定选值,公共建筑则按建筑物的功能具体计算确定。

2 在使用本款公式进行围护结构传热耗热量计算时,室内空气计算温度按现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736规定的低限取值。例如,民用建筑的主要房间,可选16℃~18℃(规范规定范围为16℃~24℃);采暖期室外平均温度和围护结构传热系数的修正系数(ε)按现行行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134和本标准附录A选取。

3 在使用本款公式进行空气渗透耗热量计算时,换气次数的选取,针对居住建筑和公共建筑有所区别,居住建筑可按现行行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26的规定选值,公共建筑则按建筑物的功能具体计算确定。

4.4.3 本条根据在不利的阴、雨、雪天气条件下,太阳能集热系统完全不能工作,这时,建筑物的全部采暖负荷都需依靠其他能源加热/换热设备供给,所以,其他能源加热/换热设备的供热能力和供热量应能满足建筑物的全部采暖热负荷。

1 本款规定了由其他能源加热/换热设备负担的采暖热负荷应按现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736规定的采暖热负荷计算方法和公式得出。即:这部分的负荷计算与进行常规采暖系统设计时的原则、方法完全相同。

2 在现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736规定可不设置集中采暖的地区或建筑,例如在夏热冬冷、温和地区的居住建筑,目前当地居民对冬季室内环境温度的要求普遍不高,一般居室温度达到14℃~16℃就已足够满意,并不一定要求达到规范要求的16℃~24℃,对这些地区或建筑,就可以根据当地的实际情况,适当降低室内空气设计计算温度;从而减小常规能源加热/换热设备容量,降低系统投资,提高系统效益。

今后,当该地区居民对室内环境舒适度的要求提高时,再在本标准进行修订时,提高冬季室内计算温度至现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736的规定值。

4.4.4 目前国际上有良好效益的太阳能供热采暖工程,均在设计阶段进行建筑物负荷及其他关联参数的动态模拟计算,从而提高了负荷计算的准确度,也使太阳能集热系统和其他能源辅助加热/换热设备的设计选型更为合理。因此,作出本条规定,在条件许可时应学习国际先进经验,逐时动态模拟计算供暖热负荷,并进一步完善系统的优化设计。

4.4.5 规定了由太阳能供热采暖系统负担的供热水负荷是建筑物的生活热水日平均耗热量。这是世界各国普遍遵循的设计原则,也与我国的现行国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB 50364的规定相一致。否则系统设计会偏大,使某些时段热水过剩造成浪费,或系统过热造成安全隐患。

本条的计算公式中,热水用水定额应选取现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB50015中给出的定额范围的下限值。

5 太阳能集热系统

5.1 一般规定

5.1.1 太阳能热电联产系统的主要功能是发电,只是为提高效益而用系统产生的余热再进行供热采暖,这一点和常规能源热电站的热电联产完全相同。因此,在设计该系统的热源——太阳能集热系统时,应符合其主要功能——产生电力的技术需求。

5.1.2 目前我国的实际情况,开发商为充分利用所购买的土地获取利润,在进行规划时确定的容积率普遍偏高,从而影响到建筑物的底层房间只能刚刚达到规范要求的日照标准;所以,虽然在屋顶上安装的太阳能集热系统本身高度并不高,但也有可能影响到相邻建筑的底层房间不能满足日照标准要求;此外,在阳台或墙面上安装有一定倾角的太阳能集热器时,也有可能会影响下层房间不能满足日照标准要求,须在进行太阳能集热系统设计时予以充分重视。

5.1.3 本条的目的是确保太阳能供热采暖系统投入实际运行使用后的安全性。大部分使用太阳能供热采暖系统的地区,冬季最低温度低于0℃,安装在室外的集热系统可能发生冻结,使系统不能运行甚至破坏管路、部件;即使考虑了系统的全年综合利用,也有可能因其他偶发因素,如住户外出度长假等造成用热负荷量大幅度减少,从而发生系统的过热现象;过热现象分为水箱过热和集热系统过热两种;水箱过热是当用户负荷突然减少,例如长期无人用水时,贮热水箱中热水温度会过高,甚至沸腾而有烫伤危险,产生的蒸汽会堵塞管道或将水箱和管道挤裂;集热系统过热是系统循环泵发生故障、关闭或停电时导致集热系统中的温度过高,而对集热器和管路系统造成损坏,例如集热系统中防冻液的温度高于115℃后具有强烈腐蚀性,对系统部件会造成损坏等。因此,在太阳能集热系统中应设置防过热安全防护措施和防冻措施。强风、冰雹、雷击、地震等恶劣自然条件也可能对室外安装的太阳能集热系统造成破坏;如果用电作为辅助热源,还会有电气安全问题;所有这些可能危及人身安全的因素,都须在设计之初就认真对待,设置相应的技术措施加以防范。

5.1.4 直接式太阳能集热系统中的工作介质是水,冬季气温低于0℃时容易发生冻结现象,如果温度不是过低,处于低温状态的时间也不长,系统还可能再恢复正常工作,否则系统就可能被冻坏;因此,以冬季最低环境温度-5℃为界,在低于-5℃的地区,采用间接式太阳能集热系统,可使用防冻液工作介质,从而满足防冻要求。

5.1.5 为保证太阳能供热采暖系统能够安全、稳定、高效地工作运行,并维持一定的使用寿命,须保证系统中所采用设备和产品的性能质量。太阳能集热器是太阳能供热采暖系统中的关键设备,其性能、质量直接影响着系统的效益;我国目前有两大类太阳能集热器产品——平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器,已发布实施的两个国家标准 《平板型太阳能集热器》GB/T 6424-2007和《真空管型太阳能集热器》GB/T 17581-2007,分别对其产品性能质量做出了合格性指标规定;其中对热性能的要求,凡是合格产品,在我国大部分采暖地区环境资源条件和冬季供暖运行工况时的集热效率可以达到40%左右,从而保证系统能够获得较好的预期效益,标准对太阳能集热器产品的安全性等重要指标也有合格限的规定;因此,要求在太阳能供热采暖系统中须使用合格产品。

太阳能集热器的性能质量是由具有相应资质的国家级产品质量监督检验中心检测得出,在进行系统设计时,应根据供货企业提供的太阳能集热器全性能检测报告,作为评价产品是否合格的依据。

太阳能集热器安装在建筑的外围护结构上,进行维修更换比较麻烦,正常使用寿命不能太低;此外,系统的工作寿命将直接影响系统的费效比,热性能相同的集热器,使用寿命长则对应的费效比低;而只有降低费效比,才能提高太阳能供热采暖系统的市场竞争力;目前我国较好企业生产的产品,已经有使用15年仍正常工作的实例;因此,规定产品的正常使用寿命不应少于15年。

5.1.6 可采用的管材包括:铜管、不锈钢管、镀锌钢管、塑料和金属复合管等。

5.1.7 本条规定了太阳能集热系统设置自动控制的基本原则。

1 太阳能供热采暖系统的热源是不稳定的太阳能,系统中又设有常规能源辅助加热设备,为保证系统的节能效益,系统运行最重要的原则是优先使用太阳能,这就需要通过相应的控制手段来实现。太阳辐照和天气条件在短时间内发生的剧烈变化,几乎不可能通过手动控制来实现调节;因此,应设置自动控制系统,保证系统的安全、稳定运行,以达到预期的节能效益。同时,规定了自动控制的功能应包括对太阳能集热系统的运行控制和安全防护控制,集热系统和辅助热源设备的工作切换控制。太阳能集热系统安全防护控制的功能应包括防冻保护和防过热保护。

2 为保证自动控制系统能长久、稳定、正常工作,须确保系统部件、元件的产品质量,性能、质量符合相关产品标准是最低要求,进行系统设计时,应予以充分重视。目前我国大部分物业管理公司的设备运行和管理人员,其技能普遍不高,如果控制方式过于复杂,使设备运行管理人员不易掌握,就会严重影响系统的运行效果,所以,自动控制系统的设计应简便、可靠、利于操作。

3 温度传感器的测量不确定度不能太大,否则将会导致控制精度降低,进而影响系统的合理运行,因此,须规定温度传感器应达到的测量不确定度。对工程应用来说,小于等于0.5℃的测量不确定度已足够准确,可以满足控制精度要求。

5.2 太阳能集热系统设计

5.2.1 本条是太阳能集热器设置和定位的基本规定。

1 太阳能集热器采光面上能够接收到的太阳光照会受到集热器安装方位和安装倾角的影响,根据集热器安装地点的地理位置,对应有一个可接收最多的全年太阳光照辐射热量的最佳安装方位和倾角范围,该最佳范围的方位是正南,或南偏东、偏西10°,倾角为当地纬度±10°,但该范围太窄,对建筑规划设计的限制过于严格,不利于太阳能供热采暖的推广应用;为此,编制组利用Meteo Norm V4.0软件进行了不同方位、倾角表面接收太阳光照的模拟计算,结果显示:当安装方位偏离正南向的角度再扩大到南偏东、偏西30°时,集热器表面接收的全年太阳光照辐射热量只减少了不到5%,所以,本条将推荐的集热器最佳安装方位扩大至正南,或南偏东、偏西30°;倾角为当地纬度-10°~+20°,是因为太阳能供热采暖系统的主要功能是冬季采暖,倾角适当加大有利于提高冬季集热器的太阳能得热量。

对于受实际条件限制,集热器的朝向不可能在正南,或南偏东、偏西30°的朝向范围内,安装倾角与当地纬度偏差较大时,本条也给出了解决方法,即按附录D进行面积补偿,合理增加集热器面积;从而放宽了对应用太阳能供热采暖系统建筑物朝向、屋面坡度的限制,使建筑师的设计有了更大的灵活性,同时又能保证太阳能供热采暖系统设计的合理性。

在根据附录B进行面积补偿时,应针对不同的蓄热系统,选用不同的表格;表B.0.2-1根据12月的太阳辐照计算,适用于短期蓄热系统,表B.0.2-2根据全年的太阳辐照计算,适用于季节蓄热系统。

2 如果系统中太阳能集热器的位置设置不当,受到前方障碍物或前排集热器的遮挡,不能保证太阳能集热器采光面上的太阳光照的话,系统的实际运行效果和经济性都会大受影响,所以,需要对放置在建筑外围护结构上太阳能集热器采光面上的日照时间做出规定,冬至日太阳高度角最低,接收太阳光照的条件最不利,规定此时集热器采光面上的日照时数不少于4h,是综合考虑系统运行效果和围护结构实际条件而提出的;由于冬至前后在早上10点之前和下午2点之后的太阳高度角较低,对应照射到集热器采光面上的太阳辐照度也较低,即该时段系统能够接收到的太阳能热量较少,对系统全天运行的工作效果影响不大;如果增加对日照时数的要求,则安装集热器的屋面面积要加大,在很多情况下不可行,所以,取冬至日日照时间4h为最低要求。

除了保证太阳能集热器采光面上有足够的日照时间外,前、后排集热器之间还应留有足够的间距,以便于施工安装和维护操作;集热器应排列整齐有序,以免影响建筑立面的美观。

3 本款给出了某一时刻太阳能集热器不被前方障碍物遮挡阳光的日照间距计算公式。公式中的计算时刻应选冬至日(此时赤纬角δ= -23°57′)的10:00或14:00;公式中的角γ0和太阳方位角α及集热器的方位角γ(集热器表面法线在水平面上的投影线与正南方向线之间的夹角,偏东为负,偏西为正)有如下关系,见图5。

4 建筑物的变形缝是为避免因材料的热胀冷缩而破坏建筑物结构而设置,主体结构在伸缩缝、沉降缝、抗震缝的变形缝两侧会发生相对位移,太阳能集热器如跨越建筑物变形缝易受到破坏,所以不应跨越变形缝设置。

图5 集热器朝向与太阳方位的关系

5.2.2 本条规定了在方案或初步设计阶段,系统设计中确定太阳能集热器总面积的计算原则和计算方法。

1 本款规定了直接系统太阳能集热器总面积的计算公式。一般情况下,太阳能集热器的安装倾角是在当地纬度-10°~+20°的范围内,所以,公式中的JT 可按附录A选取;选取时,针对短期蓄热和季节蓄热系统应选用不同值;短期蓄热系统应选用HLt:当地纬度倾角平面十二月的月平均日辐照量,季节蓄热系统应选用;HLa:当地纬度倾角平面年平均日辐照量;其原因是季节蓄热系统可蓄存全年的太阳能得热量用于冬季采暖,太阳能集热器面积可以选的小一些,而短期蓄热系统的太阳能集热器面积应稍大,以保证系统的供暖效果。

2 本款规定了间接系统太阳能集热器总面积的计算方法。由于间接系统换热器内外需保持一定的换热温差,与直接系统相比,间接系统的集热器工作温度较高,使得集热器效率稍有降低,所以,确定的间接系统集热器面积要大于直接系统。其中的计算参数Ac用公式(5.2.2-1)计算得出,UL和Uhx可由生产企业提供的产品样本或产品检测报告得出,Ahx则用附录E给出的方法计算。

5.2.3 太阳能是不稳定热源,为提高计算准确度,实现系统的优化设计,宜利用计算软件,以提高太阳能供暖效益为目标,依据使用需求及系统的工作温度、流量、压力等参数,通过动态模拟计算,确定太阳能集热器总面积。

5.2.4 管网水力平衡是保证系统稳定运行,以及系统运行参数能够满足设计要求的重要前提;因此,在设计过程中,应通过水力计算,合理确定管网的布置方式及管径等关键参数;在必要时,设置平衡阀等水力平衡装置,特别是针对规模较大的系统。

5.2.5 本条规定了单块太阳能集热器设计流量的计算方法。

1 本款规定了单块太阳能集热器设计流量的计算公式。其中的计算参数A是单块太阳能集热器的总面积,而优化系统设计流量的关键是要合理确定太阳能集热器的单位面积流量。

2 太阳能集热器的单位面积流量g与太阳能集热器的特性和用途有关,对应集热器本身的热性能和不同的用途,单位面积流量g的选取值是不同的。国外企业的普遍做法是根据其产品的不同用途——供暖、供热水或加热泳池等,委托相关的权威性检测机构给出与产品热性能相对应、在不同用途运行工况下单位面积流量的合理选值,并列入企业产品样本,供用户使用;而我国企业目前对产品优化和性能检测的认识水平还不高,大部分企业的产品都缺乏该项检测数据;因此,在表5.2.3中给出推荐值。该表是在参考《太阳能住宅供热综合系统设计手册》——《Solar Heating Systems for Houses, A Design Handbook For Solar Combisystems》等国外资料总结的推荐值,并依据我国产品的相关性能和各地的资源、气候条件,通过模拟计算和实验验证,给出的优化值。

5.2.6 太阳能集热系统的设计流量是影响系统热性能和安全性的重要参数,也是系统水泵或风机选型的基础数据。集热系统是由单块太阳能集热器通过串联和并联方式连接形成的若干阵列组成,而连接方式和每一阵列所包含的太阳能集热器数量、面积,太阳能集热器产品本身的热性能——以瞬时效率方程、曲线表征,以及当地的太阳辐照和气象条件,则是合理选择设计流量的关键影响因素;流量过大会增加水泵或风机功耗,不利于节能;流量过小可能导致系统过热、液体工质汽化,造成安全隐患。因此,系统设计流量应综合考虑上述因素,通过建立系统的热平衡方程,以太阳能集热系统的出口工质温度既符合设计要求、又不会造成液体工质汽化(其他工质过热)为目标,计算确定。在有逐时太阳辐照和气象数据的条件下,应采用TRNSYS等计算软件进行动态模拟计算,以提高计算准确度。

5.2.7 本条规定了太阳能集热系统中水泵、风机等关键动力设备的选型原则和方法。由于在一定系统流量下,集热器进、出口两端压力降是选型的重要影响参数,所以要求设计单位应依据企业提供的“集热器两端压降与质量流量的关系曲线”进行系统水力计算,该曲线应由第三方权威质检机构根据相关国家标准检测得出,从而使水泵等设备的选型更为合理。

5.2.8 本条规定是为防止采用过大水泵,从而达到合理选择水泵,降低水泵电耗的目的。计算公式系参考国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015第4.3.3条和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ-2010第5.2.16,但相关参数选择根据太阳能集热系统实际情况。

5.2.9 本条规定了太阳能集热系统运行自动控制设计的基本原则。

1 根据集热系统工质出口和贮热装置底部介质的温差,控制太阳能集热系统的运行循环,是最常使用的系统运行控制方式。其依据的原理是:只有当集热系统工质出口温度高于贮热装置底部温度(贮热装置底部的工作介质通过管路被送回集热系统重新加热,该温度可视为是返回集热系统的工质温度)时,工作介质才可能在集热系统中获取有用热量;否则,说明由于太阳辐照过低,工质不能通过集热系统得到热量,如果此时系统仍然继续循环工作,则可能发生工质反而通过集热系统散热,使贮热装置内的工质温度降低。

温差循环的运行控制方式是:在集热系统工质出口和贮热装置底部分别设置温度传感器S1和S2,当二者温差大于设定值(宜取5℃~10℃)时,通过控制器启动循环泵或风机,系统运行,将热量从集热系统传输到贮热装置;当二者温差小于设定值(宜取2℃~5℃)时,循环泵或风机关闭,系统停止运行。

太阳能的特点之一是其不稳定性,太阳能集热器采光面上接收的太阳辐照度是随天气条件不同而发生变化的,所以在投资条件许可时,提倡采用自动控制变流量运行太阳能集热系统,以提高系统稳定运行的安全性、可靠性和整体节能效益。

2 季节蓄热太阳能集热系统的规模较大,从发达国家该类大型系统得出的经验是:如果仅靠温差循环定流量运行,可能达不到设计要求,还极易造成系统过热等安全隐患;因此,本条针对大、中型季节蓄热太阳能集热系统,作出应采用变流量运行的规定,以保证系统工作运行的安全、稳定和可靠,同时提高系统的节能效益。

本条给出了太阳能集热系统变流量运行自动控制设计的基本措施,以及具体的控制方式;即可以根据太阳辐照条件的变化直接改变系统流量,或因太阳辐照不同引起的集热系统出口温度变化、间接改变系统流量,从而实现系统的优化运行。

5.2.10 本条规定了太阳能集热系统防冻设计的要求和防冻措施的选择。

1 在冬季室外环境温度可能低于零度的地区,因系统工质冻结会造成对系统的破坏,因此,在这些地区使用的太阳能集热系统,应进行防冻设计。

2 本条给出了太阳能集热系统可采用的防冻措施类型和根据集热系统类型、使用地区选择防冻措施的参照选择表。防冻措施包括:排空系统、排回系统、防冻液系统、循环防冻系统。严寒地区的防冻要求高,所以只能使用间接式太阳能集热系统和严格的防冻措施——排回系统和防冻液系统。鉴于我国目前的消费水平和投资能力较低,表5.2.10中将直接式太阳能集热系统和相应的排空和循环防冻系统列入了寒冷地区的推荐项,但如果从严要求,仅寒冷地区中冬季环境温度相对较高,如山东、河北南部、河南等省区,可以使用直接式太阳能集热系统和相应的排空和循环防冻系统。所以,只要有投资条件,寒冷地区仍应优先选用间接式太阳能集热系统和相应的防冻措施。

3 为保证太阳能集热系统的防冻措施能正常工作,规定防冻系统应采用自动控制运行。

5.2.11 为保证太阳能供热采暖系统的稳定运行,当太阳辐照较差,通过太阳能集热系统的工作介质不能获取相应的有用热量,使工质温度达到设计要求时,辅助热源加热设备应启动工作;而太阳辐照较好,工质通过太阳能集热系统可以被加热到设计温度时,辅助热源加热设备应立即停止工作,以实现优先使用太阳能,提高系统的太阳能保证率;所以,应采用定温(工质温度是否达到设计温度)自动控制,来完成太阳能集热系统和辅助热源加热设备的相互工作切换。

5.2.12 本条规定了系统安全和防护控制的基本设计原则。

1 使用水做工作介质的直接和间接式太阳能集热系统,常采用排空和排回措施,将全部工作介质排空或从安装在室外的太阳能集热系统排至设于室内的贮水箱内,以防止冻结现象发生;所以,当水温降低到某一定值——防冻执行温度时,就应通过自动控制启动排空和排回措施,防止水温继续下降至0℃产生冻结,影响系统安全。防冻执行温度的范围通常取3℃~5℃,视当地的气候条件和系统大小确定具体选值,气温偏低地区取高值,否则,取低值。

2 系统循环防冻的技术相对简便,是目前较常使用的防冻措施,但因系统循环会有水泵能耗,设计时应结合当地条件作经济分析,考虑是否采用;如水泵运行时间过长或频繁起停,则不适用。

3 贮热水箱中的水一般是直接供给供暖末端系统或热水用户的,所以,防过热措施应更严格。过热防护系统的工作思路是:当发生水箱过热时,不允许集热系统采集的热量再进入水箱,避免供给末端系统或用户的水过热,此时多余的热量由集热系统承担;集热系统安装在户外,当集热系统也发生过热时,因集热系统中的工质沸腾造成人身伤害的危险稍小,而且容易采取其他措施散热。

因此,水箱防过热执行温度的设定更严格,应设在80℃以内,水箱顶部温度最高,防过热温度传感器应设置在贮热水箱顶部;而集热系统中的防过热执行温度则根据系统的常规工作压力,设定较为宽泛的范围,一般常用的范围是95~120℃,当介质温度超过了安全上限,可能发生危险时,用开启安全阀泄压的方式保证安全。

4 当发生系统过热安全阀须开启时,系统中的高温水或蒸汽会通过安全阀外泄,安全阀的设置位置不当,或没有配备相应措施,有可能会危及周围人员的人身安全,须在设计时着重考虑。例如,可将安全阀设置在已引入设备机房的系统管路上,并通过管路将外泄高温水或蒸汽排至机房地漏;安全阀只能在室外系统管路上设置时,通过管路将外泄高温水或蒸汽排至就近的雨水口等。

如果安全阀的开启压力大于与系统可耐受的最高工作温度对应的饱和蒸汽压力,系统可能会因工作压力过高受到破坏;而开启压力小于与系统可耐受的最高工作温度对应的饱和蒸汽压力,则使本来仍可正常运行的系统停止工作,所以,安全阀的开启压力应与系统可耐受的最高工作温度对应的饱和蒸汽压力一致,既保证了系统的安全性,又保证系统的稳定正常运行。

5.3 太阳能集热系统施工

5.3.1 目前国内现状,太阳能供热采暖系统的施工安装通常由专门的太阳能工程公司承担,作为一个独立工程实施完成,而太阳能供热采暖系统的安装与土建、装修等相关施工作业有很强的关联性,所以,须强调施工组织设计,以避免差错,提高施工效率。

5.3.2 本条的提出是由于目前太阳能集热系统施工安装人员的技术水平参差不齐,不进行规范施工的现象时有发生;所以,着重强调必要的施工条件,严禁不满足条件的盲目施工。

5.3.3 进行太阳能集热系统的施工安装,保证建筑物的结构和功能设施安全是是重中之重,应放在第一位;特别在既有建筑上安装系统时,如果不能严格按相关规范进行土建、防水、管道等部位的施工安装,很容易造成对建筑物的结构、屋面、地面防水层和附属设施的破坏,削弱建筑物在寿命期内承受荷载的能力,所以,须予以充分重视。

5.3.4 太阳能集热器的安装方位和安装倾角对采光面上可以接受到的太阳辐射有很大影响,进而影响系统的运行效果,因此,应保证按设计要求的方位和倾角进行安装;推荐使用罗盘仪确定方位,罗盘仪操作方便,是简便易行的定位工具。

5.3.5 太阳能集热器的种类繁多,不同企业产品设计的相互连接方式以及真空管与联箱的密封方式有较大差别,其连接、密封的具体操作方法通常都在产品说明书中详细说明,所以,在本条规定中予以强调,要求按具体产品所设计的连接和密封方式安装,并严格按产品说明书进行具体操作。

5.3.6 本条根据平屋面上用于安装太阳能集热器的专用基座,其强度是为保证集热器防风、抗震及今后运行安全,通过设计计算提出的关键指标,施工时应严格按设计要求,否则,基座强度就得不到保证;基座的防水处理做不好,会引发屋面漏水,影响顶层住户的切身利益,在既有建筑屋面上安装时,需要刨开屋面面层作基座,会破坏原有防水结构,基座完工后,被破坏部位需重做防水,所以,都应严格按现行国家标准《屋面工程质量验收规范》GB 50207的规定要求进行防水制作。

5.3.7 本条是对埋设在坡屋面结构层预埋件的施工工序的规定,对新建建筑和既有建筑改造同样适用。

5.3.8 在部分围护结构表面,如平屋面上安装太阳能集热器时,集热器需安装在支架上,支架通常由同一生产企业提供,本条对集热器支架提出要求。根据集热器所安装地区的气候特点,支架的强度、抗风能力、防腐处理和热补偿措施等须符合设计要求,部分指标在设计未做规定时,则应符合现行国家标准要求。

5.3.9 本条是防止因太阳能集热系统管线穿过屋面、露台时造成这些部位漏水的重要措施,应严格执行。

5.3.10 本条规定了太阳能供热采暖系统连接管线、部件、阀门等配件选用材料的应能耐受温度,以防止系统破坏,提高系统部件的耐久性和系统工作寿命。

5.3.11 本条对进场安装的太阳能供热采暖系统产品、配件、材料及其性能提出了要求,针对目前国内企业普遍不重视太阳能集热器性能检测的现状,规定了应提供集热器进场产品的性能检测报告。

5.3.12 管道的施工安装在现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242、《通风与空调工程施工及验收规范》GB 50243 中已有详细的规定要求,严格执行即可。

6 太阳能蓄热系统

6.1 一般规定

6.1.1 目前在太阳能供热采暖系统中主要应用三种蓄热系统:液体工质集热器短期蓄热系统、液体工质集热器季节蓄热系统和空气集热器短期蓄热系统。太阳能集热系统形式、系统性能、系统投资,供热采暖负荷和太阳能保证率是影响蓄热系统选型的主要影响因素;在进行蓄热系统选型时,应通过对上述影响因素的综合技术经济分析,合理选取与工程具体条件最为适宜的系统,并确定系统规模。

6.1.2 目前太阳能供热采暖系统的蓄热方式共有5种——贮热水箱、蓄热水池、土壤埋管、卵石堆和相变材料。表6.1.2给出了与蓄热系统相对应和匹配的蓄热方式,决定该对应关系的主要因素是系统的工作介质和蓄热周期;其中,相变材料蓄热方式目前的实际应用较少,但考虑到这是太阳能应用长期以来一直关注的一种重要蓄热方式,近年来也不断有运用相变原理的新型材料被开发应用,所以,仍将其列入选项,但因其投资相对较大,暂不宜用于季节蓄热系统。

对应于同一工程,有两种以上可选择项目的蓄热方式时,应根据实际工程的投资规模和当地的地质、水文、土壤条件及使用要求,进行综合经济、效益分析选择确定。目前发达国家已建的大、中型太阳能供热采暖工程的季节蓄热方式,多采用蓄热水池或地埋管土壤蓄热。蓄热水池的蓄热量大、施工相对简便,土壤埋管蓄热施工较复杂,但优点是能与地源热泵供暖空调系统联合工作,特别是在冬季从土壤的取热量远大于夏季向土壤放热量的地区,可以通过向土壤蓄热来弥补冬、夏季负荷的不平衡。有条件时,应使用计算软件进行性能比较和经济性分析选择确定。

国外还有几种已应用于实际工程的蓄热方式,如利用地下的砂砾石含水层蓄热和利用地下的封闭水体蓄热,因适用条件过于特殊,故本标准中没有列入,但如当地恰好有这种适宜的水文地质条件,也可以参照国外相关工程经验加以利用,进行季节蓄热。

6.1.3 我国一些地方,例如青藏高原等地区,其气候特点是供暖期长,晴天多,有极好的太阳辐照资源,通常情况下,供暖期间的太阳辐照会好于年平均值;因此,采用短期蓄热即可满足要求,并不需要季节蓄热,从而可使系统的整体经济效益得以提高。

季节蓄热液体工质集热器太阳能供暖系统的设备容量较大,需要较大的机房面积,投资比较高,只应用于单体建筑的综合效益较差,所以更适用于较大建筑面积的区域供暖;为提高系统的经济性,对单体建筑和建筑面积较小区域的供暖,采用短期蓄热液态工质集热器太阳能供暖系统较为适宜;但对某些地区或特定建筑,比如常规能源缺乏的边远地区,或高投资成本建设的高档别墅,也不排除采用季节蓄热系统。供暖面积大小划分与资源区、气候区域相关,需要进行比较。根据调研资料,丹麦等国家的原则是:超过10000m2供暖面积时,适宜采用季节蓄热系统。

6.1.4 蓄热水池中的水温较高,会发生烫伤等安全隐患,不能同时用作灭火的消防用水。

6.2 太阳能短期蓄热系统设计

6.2.1 短期蓄热太阳能供暖系统的蓄热量是为满足在连续阴、雨、雪天时的供暖需求,加大蓄热量会增加蓄热设备容量和集热器面积,同时增加投资,所以需要在蓄热量和设备投资之间作权衡,选取适宜的蓄热周期。我国冬季大部分地区的连续阴、雨、雪天一般不超过一周,有些地区则可能会延长至半个月左右,但如果要求蓄热量能够完全满足全部连续阴、雨、雪天时的供暖需求,则系统设备会过于庞大,系统投资过高;所以,规定短期蓄热太阳能供暖系统的蓄热量只须满足储存1d~7d太阳能集热系统得热量的要求;当地的太阳能资源好、环境气温高、工程投资高,可取高值,否则,取低值。如果投资许可,条件适宜,也不排除增加蓄热容量,延长蓄热周期,但蓄热周期应不超过15天。

6.2.2 短期蓄热液态工质太阳能供热采暖系统对应每平方米太阳能集热器采光面积的贮热水箱、水池容积与当地的太阳能资源条件、太阳能集热器的性能特性有关,本条给出的容积配比范围,是参照《太阳能住宅供热综合系统设计手册》——《Solar Heating Systems for Houses, A Design Handbook For Solar Combisystems》等国外资料和工程实践,结合中国过去的工程经验提出;在具体取值时,当地的太阳能资源好、环境气温高、工程投资高,可取高值,否则,取低值。由于影响因素复杂,给出的推荐值范围较宽,选取某一具体数值确定水箱/水池容积,完成系统设计后,应利用相关软件模拟系统在运行工况下的贮水温度,进行校核计算,验证取值是否合理。

6.2.3 贮热水箱内的热水存在温度梯度,水箱顶部的水温高于底部水温;为提高太阳能集热系统的效率,从贮热水箱向太阳能集热系统的供水温度应较低,所以,该条供水管的接管位置应在水箱底部;根据具体工程条件,生活热水和供暖系统对供水温度的要求是不同的,也应在贮热水箱相对应适宜的温度层位置接管,以实现系统对不同温度的供热 / 换热需求,提高系统的总效率。

6.2.4 如果贮热水箱接管处的流速过高,会对水箱中的水造成扰动,影响水箱的水温分层,所以,水箱进、出口处的流速应尽量降低;国外的部分工程经验,该处的流速远低于0.04 m / s,但太低的流速会过分加大接管管径,特别对循环流量较大的大系统,在具体取值时需要综合考虑权衡;这里规定的0.04 m / s是最高限值,须在接管处采取措施使流速低于限值。

6.2.5 蓄热水池的槽体结构、保温结构和防水结构的设计在相关国家标准、规范中已有规定,参照执行即可。

6.2.6 保温设计在相关国家标准中已有规定,可参照执行。

6.2.7 本条根据本条规定了卵石堆蓄热方式的设计原则和设计参数。

1 规定了空气蓄热系统的蓄热装置——卵石堆蓄热器(卵石箱)的基本尺寸和容量。推荐参数参照国外工程经验。

2 放入卵石箱内的卵石应清洗干净,以免热风通过时吹起灰尘。卵石大小如果不均匀,或使用易破碎或可与水和二氧化碳起反应的石头,如石灰石、砂石、大理石、白云石等,会减小卵石之间的空隙,降低卵石箱内的空隙率,使阻力加大,影响系统效率。卵石堆的热分层可提高蓄热性能,所以,宜优先选用有热分层的垂直卵石堆;当高度受限时,只能采用水平卵石堆,但水平卵石堆无热分层。

6.2.8 本条根据本条规定了相变材料蓄热方式的设计原则和设计参数。

1 液态工质与相变材料直接接触换热,使相变材料发生相变时,相变材料有可能与液态换热工质混合,而使本身的成分、浓度等产生变化,从而改变相变温度等关键设计参数,并影响系统的总体运行效果,所以,液态工质不能直接与相变材料接触,而须通过换热器间接换热。

2 使太阳能供热采暖系统的工作温度范围与相变材料的相变温度相匹配,是相变材料蓄热系统能够运行工作的基础,须严格遵守。

6.3 太阳能季节蓄热系统设计

6.3.1 系统的太阳能保证率与季节蓄热太阳能供热采暖系统的供热量和蓄热量有直接关联,也是影响满足建筑物需求供暖天数的主要因素。

6.3.2 根据发达国家的工程经验,季节蓄热太阳能供热采暖系统的规模越大,对应的经济性越好,其主要原因是蓄热水池或土壤蓄热体的容量加大后,相对的单方造价反而降低;因此,在拥有大量空闲土地条件的地区,例如西部戈壁滩和青藏高原等,宜优先选用大型季节蓄热太阳能供热采暖系统,建设较大规模的太阳能区域供暖热力站,这样既能提高系统的节能效益,又可改善投资项目的经济性。

6.3.3 目前发达国家在进行蓄热系统设计时,均利用TRNSYS等相关软件,通过模拟计算,来确定合理的蓄热体容积,从而实现系统的优化设计,提高项目的整体效益,因此,作出本条规定。

季节蓄热液态工质太阳能集热系统对应每平方米太阳能集热器采光面积的贮热水箱/水池容积,与当地的太阳能资源、气候、地质等条件和太阳能集热器的性能特性有关,并受系统规模大小的影响;表6.3.3给出的不同规模季节蓄热太阳能供热采暖系统的贮热水箱容积配比范围,是参照国外工程实践资料,结合中国过去的工程经验提出;在具体取值时,当地的太阳能资源好、环境气温高、工程投资高,可取高值,否则,取低值。由于影响因素复杂,给出的推荐值范围较宽,选取某一具体数值确定水箱/水池容积,完成系统设计后,需利用相关计算软件模拟系统在运行工况下的贮水温度,进行校核计算,验证取值是否合理。

6.3.4 季节蓄热系统的水池容量将直接影响水池内热水的蓄热温度,对应于一定的水池保温措施、周围土壤全年温度分布、集热系统供水温度和水池容量等,有一个可能达到的最高水温。设计容量过大,池内水温低,既浪费了投资,又不能满足系统的功能要求;设计容量偏小,则池内水温可能过高,甚至超过水池内压力相对应的沸点温度而蒸发汽化,形成安全隐患;因此,须对水池内可能达到的最高水温做校核计算。进行校核计算时,选用动态传热计算模型准确度最高,所以,有条件时,应优先利用计算软件做系统的全年运行性能动态模拟计算,得出蓄热水池内可能达到的最高水温预测值;为确保安全,该最高水温预测值应比与水池内压力相对应的水的沸点低5℃。

6.3.5 季节蓄热水池一般容量较大,容易形成池内水温分布不均匀的现象,影响系统的供暖效果,所以,应采取相应的技术措施,例如设计迷宫式水池或设布水器等方法,避免池内水温分布不均匀。

6.3.6 国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012中规定:“供暖系统的水质应符合国家现行相关标准的规定”。发达国家采用季节蓄热水池时,也会定期检查水池水质,并进行针对性的水质处理。因此,提出本条要求。

6.3.7 工程建设当地的土壤地质条件是能否应用土壤埋管季节蓄热的基础,土壤热物性对土壤埋管季节蓄热系统的性能和实际运行效果有很大影响;因此,在进行设计前,应进行地质勘察,从而确定当地的土壤地质条件是否适宜埋管;同时,应通过实际测试,得出系统设计所需要的土壤温度及岩土体和回填料的热物性等相关基础参数。

6.3.8 不同地区在全年、各月、各日、各时的太阳辐照量和建筑物的热负荷是变化的,因此,宜进行至少1年计算周期的动态模拟计算,根据系统设计的太阳能保证率等影响因素,优化确定地埋管数量、总蓄热容积等重要参数;使地埋管换热系统既能满足蓄、供热要求,又能保证合理的土壤温度分布。

6.3.9 根据发达国家土壤季节蓄热系统的成熟经验,只需在地埋管换热系统的顶部设置保温层,而系统的四周侧面和底部无需保温,以降低投资和运行维护的难度。而系统顶部保温层的厚度,则是使用TRNSYS等软件模拟计算确定。因此,作出本条规定。

6.3.10 土壤埋管季节蓄热系统的投资较大,其蓄热装置——地下埋管部分与地源热泵系统的地埋管换热系统完全相同,在特定条件(夏季气候凉爽、完全不需空调)地区,地源热泵机组为辅助热源,与地埋管热泵系统配合使用,可以提高系统的整体运行效率和经济效益。而在有夏季空调需求的地区,则需通过对土壤温度场的模拟计算,界定不致影响地源热泵系统在供冷工况运行的蓄热体边界,合理布置地埋管,从而保证地源热泵系统在夏季的正常工作。

6.4 太阳能蓄热系统施工

6.4.1 贮热水箱内贮存的是热水,设计时会根据贮水温度提出对材质、规格的要求,因此,要求施工单位在购买或现场制作安装时,应严格遵照设计要求。钢板焊接的贮热水箱容易被腐蚀,所以,特别强调按设计要求对水箱内、外壁的防腐处理,为确保人身健康,同时要求内壁防腐涂料应卫生、无毒、能长期耐受所贮存热水的最高温度。

6.4.2 本条规定了贮热水箱制作的程序和应遵照执行的标准,以保证水箱质量。

6.4.3 本条规定是为减少贮热水箱的热损失。

6.4.4 本条规定了蓄热水池现场施工制作时的要求,以保证水池质量和施工安全。

1 蓄热水池施工时,除须按设计规定,满足系统的承压和承受土壤等荷载的要求外,还应在施工过程中,严格施工程序,防止因土壤等荷载造成安全事故。

2 应严格按设计要求和相关标准规定的施工工法,进行蓄热水池的防水渗漏施工,保证水池的防水渗漏性能质量。

3 为保证蓄热水池的工作寿命,减轻日常维护工作量,避免危及人员健康、安全,应严格按设计要求和相关标准规定的施工工法,选择内壁防腐涂料,进行蓄热水池及内部部件的抗腐蚀处理。

4 蓄热水池需要长期贮存热水,为尽可能延长水池的工作寿命,选用的保温材料和保温构造做法应能长期耐受所贮存热水的最高温度,所以,除现场条件不允许,如利用现有水池等特殊情况外,一般应采用外保温构造做法。

6.4.5 通常情况下,由太阳能集热系统提供、进入土壤蓄热地埋管换热工质的温度较高,因此,须特别关注管材、管件的耐温性能。

6.4.6 土壤季节蓄热与地源热泵地埋管换热系统的施工要求相同,故只需遵循现行国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366的相关规定即可。

6.4.7 管道的施工安装在现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 GB 50242、《通风与空调工程施工及验收规范》GB 50243 中已有详细的规定要求,严格执行即可。

7 太阳能供热采暖工程的调试与验收

7.1 一般规定

7.1.1 本条根据太阳能供热采暖工程的特点和需要,明确规定在系统安装完毕投入使用前,应进行系统调试。系统调试是使系统功能正常发挥的调整过程,也是对工程质量进行检验的过程。根据调研,凡施工结束进行系统调试的项目,效果较好,发现问题可进行改进,未作系统调试的工程,往往存在质量问题,使用效果不好,而且互相推诿,不予解决,影响工程效能的发挥;所以,做出本条规定,以严格施工管理。一般情况下,系统调试应在竣工验收阶段进行;不具备使用条件,是指气候条件等不合适时,比如,竣工时间在夏季,不利于进行冬季供暖工况调试等,但延期进行调试需经建设单位同意。

7.1.2 本条规定了系统调试需要包括的项目和连续试运行的天数,以使工程能达到预期效果。

7.1.3 本条为现行国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300的规定要求,在此提出予以强调。

7.1.4 太阳能供热采暖系统的施工受多种条件制约,因此,本条提出分项工程验收可根据工程施工特点分期进行,但强调对于影响工程安全和系统性能的工序,须在本工序验收合格后才能进入下一道工序的施工。

7.1.5 本条规定了竣工验收的时间及竣工验收应提交的资料。实际工程中,部分施工单位对施工资料不够重视,所以,在此加以强调。

7.1.6 本条参照了相关国家标准对常规暖通空调工程质量保修期限的规定。太阳能供热采暖工程比常规暖通空调工程更加复杂,技术要求更多;因此,对施工质量的保修期限应至少与常规暖通空调工程相同,负担的责任方也应相同。

7.2 系统调试

7.2.1 本条规定了进行太阳能供热采暖工程系统调试的相关责任方。由于施工单位可能不具备系统调试能力,所以规定可以由施工企业委托有调试能力的其他单位进行系统调试。

7.2.2 本条规定了太阳能供热采暖工程系统设备单机、部件调试和系统联合调试的执行顺序,应首先进行设备单机和部件的调试和试运转,设备单机、部件调试合格后才能进行系统联合调试。

7.2.3 本条规定了设备单机、部件调试应包括的内容,以为系统联合调试做好准备。

7.2.4 为使工程达到预期效果,本条规定了系统联合调试应包括的内容。

7.2.5 为使工程达到预期效果,本条规定了系统联合调试的原则,以及调试结果与系统设计值之间的容许偏差。

1 系统联合调试时的运行工况应与设计工况尽可能接近,这样得出的调试结果才能更真实地反映系统运行效果。但太阳能是不稳定热源,不同季节、天气的辐照变化很大;考虑到系统建设实际工期等影响因素,工程验收前的系统联合调试条件可能会发生与设计工况关联的气象条件不相吻合的情况,例如恰好是在夏季完工等;因此,由于外部条件导致系统联合调试时的运行工况与设计工况不同时,也可依据实际工况的调试数据,计算得出设计工况下的对应参数,并判定是否符合容许偏差。

额定工况是指太阳能集热系统在系统流量或风量等于系统的设计流量或风量的条件下工作。针对短期蓄热和季节蓄热系统,太阳能集热系统额定工况对应的太阳辐照和气温条件不相同,其具体参数如下:

1)短期蓄热系统:日太阳辐照量接近于当地纬度倾角平面12月的月平均日太阳辐照量,日平均室外温度接近于当地12月的月平均环境温度;

2)季节蓄热系统:日太阳辐照量接近于当地纬度倾角平面的年平均日太阳辐照量,日平均室外温度接近于当地的年平均环境温度;通常情况下以3月、9月(春分、秋分节气所在月)的条件最为接近。

2 现行国家标准《通风与空调工程施工及验收规范》GB 50243对供热采暖系统的流量、供水温度等参数的联合调试结果与系统设计值之间的容许偏差有详细规定,应严格执行,以保证系统投入使用后能正常运行。

3 本条规定了系统调试时,太阳能集热系统流量或风量与系统设计流量或风量的偏差限值。

4 本条规定了系统调试时,对太阳能集热系统工质进出口温差的要求。

集热系统进出口工质的设计温差Δt可用下式计算得出:

(6)

式中:

——建筑物耗热量(W);

——系统的设计太阳能保证率(%);

——系统工质的比热容,热水取4187 J/kg•℃;

——系统工质密度(kg / L);

——系统设计流量(L / s)。

7.3 工程验收

7.3.1 本条划分了太阳能供热采暖工程的分部、分项工程,以及分项工程所包括的基本施工安装工序和项目,分项工程验收应能涵盖这些基本施工安装工序和项目。

7.3.2 太阳能供热采暖系统中的隐蔽工程,一旦在隐蔽后出现问题,需要返工的涉及面广、施工难度和经济损失大,因此,须在隐蔽前经监理人员验收及认可签证,以明确界定出现问题后的责任。

7.3.3 本条规定了在太阳能供热采暖系统的土建工程验收前,应完成现场验收的隐蔽项目内容。进行现场验收时,按设计要求和规定的质量标准进行检验,并填写中间验收记录表。

7.3.4 本条规定了太阳能集热器的安装方位角和倾角与设计要求的容许安装误差。检验安装方位角时,应先使用罗盘仪确定正南向,再使用经纬仪测量出方位角。检验安装倾角,则可使用量角器测量。

7.3.5 本条规定了太阳能供热采暖系统管道的水压试验压力取值。一般情况下,设计会提出对系统的工作压力要求,此时,可按现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242规定,取1.5倍的工作压力作为水压试验压力;而对可能出现的设计未注明的情况,则分不同系统提出了规定要求。开式太阳能集热系统虽然可以看作为无压系统,但为保证系统不会因突发的压力波动造成漏水或损坏,仍要求应以系统顶点工作压力加0.1 MPa作水压试验;闭式太阳能集热系统和供暖系统均为有压力系统,所以应按现行国家标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242的规定进行水压试验。

7.3.6 太阳能供热采暖工程的节能效果完全取决于其系统的热工性能。因此,规定测试方法应符合国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801-2013第4.2节中进行短期测试时的规定。

国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801-2013第4.2节中规定的短期测试方法,要求系统热工性能检验记录的报告内容应包括至少4d(该4d应有不同的太阳辐照条件,日太阳辐照量的分布范围见表1),由太阳能集热系统提供的日有用得热量和供热采暖系统总能耗的检测结果以及集热系统效率和系统太阳能保证率的计算、分析结果。集热系统效率和供热采暖系统太阳能保证率的计算则应使用该标准的式(4.2.5)和式(4.3.1-1)。

表1 太阳能供热采暖系统热工性能检测的日太阳辐照量分布

测试时间 第1 d 第2 d 第3 d 第4 d

该测试时间的日太阳辐照量 H<8MJ / (m2•d) 8MJ / (m2•d)≤H<12MJ / (m2•d) 12MJ / (m2•d)≤H<16MJ / (m2•d) H≥16MJ / (m2•d)

7.3.7 为使太阳能供热采暖系统的工程验收更为严格、规范,规避人为、随意性因素的不良影响,在本标准附录H中规定了验收报告应提交的相关表格和填写要求,从而进一步保证工程验收的质量。

7.3.8 太阳能集热系统效率、太阳能供热采暖系统的太阳能保证率是保证太阳能供热采暖工程质量和性能的关键参数,须达到设计时的规定要求。目前,世界上已有100%太阳能保证率的太阳能供热采暖工程在成功运行;因此,参照现行国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801,对应不同太阳能资源区,按蓄热方式在表7.3.8中提出了较高的太阳能保证率指标要求,以进一步提高太阳能供热采暖工程的节能效益,加快利用清洁能源供暖的推广进程。

8 太阳能供热采暖工程效益评估

8.1 一般规定

8.1.1 太阳能供热采暖系统最显著的特点是能够充分利用太阳能,替代常规能源,从而节约供热采暖系统的能耗,减轻环境污染。因此,在系统设计完成后,进行系统节能、环保效益分析非常重要,是不可缺少的设计程序。分析结果是系统方案选择和开发投资的重要依据。承担太阳能供热采暖工程的设计单位,应按完成的设计方案和施工图,以计算书的形式,给出该系统的节能和环保效益分析,从而使承担施工图审查的单位得以掌握所审查的太阳能供热采暖工程的预期节能、环保效益,判定设计方案的科学性和合理性。

8.1.2~8.1.3

该2条规定了对太阳能供热采暖工程做节能、环保效益分析和评估的评定指标内容。所包括的评定指标能够有效反映系统的节能、环保效益,而且计算相对简单、方便,可操作性强。

8.2 系统节能、环保效益分析

8.2.1 本条规定应以设计施工图中作为依据的相关参数,做为计算分析公式中需要使用的参数值,如确定的系统太阳能集热器总面积和太阳能集热器效率方程等。

8.2.2 本条规定了进行系统节能、环保效益分析应使用的计算公式——本标准附录H中给出的推荐公式。

8.3 系统实际运行效益评估

8.3.1 太阳能热水系统竣工验收后,应根据验收所提供的系统热工性能检验记录,进行系统运行的节能效益和环保效益分析评估,从而明确验证已竣工系统实际可能达到的效益,以保障业主权益。

8.4 系统效益的定期检测、长期监测和性能分级

8.4.1 发达国家通常都对太阳能供热采暖工程进行系统效益的长期监测,以作为对使用太阳能供热采暖工程用户提供税收优惠或补贴的依据;我国今后也有可能出台类似政策,所以,本条建议有条件的工程,宜在系统工作运行后,进行系统能耗的定期检测或长期监测,以确定系统的节能、环保效益。

8.4.2 为使太阳能集热系统得热量的检测更为规范、合理,本标准对检测集热系统进、出口温度的测点位置作出如下规定:直接系统应设置在贮热水箱的出、入口;间接系统应设置在换热器出、入口。各类系统的具体测点位置可按图6~图8设置。

附录A 代表城市气象参数及不同地区太阳能保证率推荐值

A.0.1 本条给出了我国代表城市的设计用气象参数。表A.0.1 给出的气象参数根据国家气象中心信息中心气象资料室提供的1971~2000年相关参数的月平均值统计;其中,计算采暖期平均环境温度的部分取值引自行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2010。

A.0.2 本条给出了我国4个太阳能资源区的太阳能保证率取值的推荐范围。太阳能保证率f是确定太阳能集热器面积的一个关键性因素,也是影响太阳能供热采暖系统经济性能的重要参数。实际选用的太阳能保证率f与系统使用期内的太阳辐照、气候条件、产品与系统的热性能、供热采暖负荷、末端设备特点、系统成本和开发商的预期投资规模等因素有关。

表A.0.2是根据不同地区的太阳能辐射资源和气候条件,取合格产品的性能参数并设定合理的投资成本、针对不同末端设备模拟计算得出;具体选值时,需按当地的辐射资源和投资规模确定,太阳辐照好、投资高的工程可选相对较高的太阳能保证率,反之,取低值。

附录C 太阳能集热器平均集热效率计算方法

C.0.1 本条强调太阳能集热器的集热效率应根据选用产品的实际测试效率方程计算得出。因为不同企业生产的产品热性能差别很大,如果不按具体产品的测试方程选取效率,将会直接影响系统的正常工作和预期效益。

太阳能集热器产品的国家标准规定,太阳能集热器实测的效率方程可根据实测参数拟合为一次方程或二次方程,无论是一次还是二次方程,均可用于设计计算。

标准中对合格产品基于采光面积效率方程中相关参数(一次方程中的η0和U)应达到的要求做出了规定,该规定值是:平板型集热器:η0≥0.72,U≤6.0 W /(m2 K );无反射器真空管集热器:η0≥0.62,U≤2.5 W /(m2 K )。

以下给出一个计算实例。

如一个真空管型太阳能集热器基于总面积,经测试得出的效率方程分别为:

一次方程:η=0.680 –3.231T*

二次方程:η=0.660 –1.880T* –0.013G ( T* )2

该太阳能集热器将用于北京市一个短期蓄热、地板辐射采暖的太阳能供热采暖系统,采暖回水温度ti取35℃,ta取北京12月的平均环境温度-2.7℃,北京12月太阳能集热器采光面上的太阳总辐射月平均日辐照量Hd 为13709 kJ / ( m2 d ),12月的月平均每日的日照小时数Sd 为6.0 h。

则G = Hd / ( 3.6 Sd ) = 13709 /(3.6×6)= 635 W / m2,

T*=( ti –ta )/ G =(35+2.7)/ 635 = 0.06,

选用一次方程:η= 0.680 –3.231T*= 0.680-3.231×0.06 = 0.486

选用二次方程:η= 0.660 –1.880T* –0.013G ( T* )2

= 0.660-1.880×0.06-0.013×635×0.0036 = 0.517

C.0.2 在我国大部分地区,基本上可以用12月的气象条件代表冬季气候的平均水平,所以,短期蓄热太阳能供热采暖系统的设计选用12月的平均气象参数进行计算。

C.0.3 通常情况下,季节蓄热太阳能供热采暖系统是贮存全年收集的太阳能用于供暖,所以其系统设计是选用全年的平均气象参数进行计算。

附录D 太阳能集热系统管路、水箱热损失率计算方法

D.0.1 本条给出了管路、水箱热损失率ηL的推荐取值范围,该取值范围是在参考暖通空调、热力专业相关设计技术措施、手册、标准图等资料的基础上,选取典型系统,以代表城市哈尔滨、北京、郑州的气象参数进行校核计算后确定的。应按当地的气象、太阳能资源条件合理取值;12月和全年的环境温度较低,太阳辐照较差的地区应取较高值,反之,可取较低值。

D.0.2 本条给出了需要准确计算ηL的方法原则,即按本附录D.0.3~D.0.5给出的公式迭代计算。具体迭代计算的步骤是:

1)按D.0.1 给出的推荐范围选取ηL的初始值;

2)利用本标准5.2.2中公式计算太阳能集热器总面积;

3)根据实际工程要求进行系统设计,确定管路长度、尺寸、水箱容积等;

4)利用D.0.3~D.0.5给出的公式,根据系统设计和设备选型计算ηL的实际值;

5)ηL初始值和实际值的差别小于5%时,说明ηL初始值选择合理,系统设计完成;否则,改变ηL取值按上述过程重新设计计算。

附录H 太阳能供热采暖系统效益评估计算公式

H.0.2 集热系统维护和保温等费用占总增投资的百分率,会因系统规模的大小而有所不同,小规模系统的百分率较大,大规模系统较小,可按过去的系统运行经验选取;中等规模系统(集热器面积1000至5000m2)可取约1%。

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