項目名稱：北京某回遷安置房項目

  (1)項目概況及設計要求

  1、項目概況

  北京某回遷安置房項目，總建筑面積為34萬m2，其中住宅建筑面積25.7925萬m2，設計容納3277戶，人口9176人。其中2#樓 308戶。

  依據今年3月北京市出臺的《北京市太陽能熱水系統城鎮建筑應用管理辦法》的要求，本項目需設計太陽能熱水系統。

  2、對太陽能系統設計方案的要求

  太陽能方提供了多種設計方案的比較分析，用戶方最后選定投資較小，運行噪音小的如下2種方案，要求太陽能方進行深化設計，并提供投資及運行費用分析。

  1) 屋頂低谷電輔助加熱型集中集熱-集中貯水-分戶計量太陽能系統

  注：該方案包括以下兩種運行情況的運行成本分析

  a) 電輔助加熱工作

  b) 關閉電輔助加熱，僅單純依靠太陽能加熱

  2) 屋頂無輔助加熱的集中集熱-集中貯水-分戶計量太陽能系統，輔助加熱由住戶自己安裝電熱水器或其它熱水器。

  (2)方案設計考慮的主要方面

  近十年來，天普太陽能公司在太陽能與住宅建筑一體化方面進行了持續的探索，積累了豐富的經驗。對本方案的設計，我們主要考慮了以下幾個方面。

  1、太陽能系統與建筑一體化設計

  主要包括：

  1)太陽能系統的外觀與建筑的匹配性與協調性設計；

  2)太陽能系統的色澤、質感與建筑的協調性設計等；

  2、太陽能系統運行方案的可靠性、合理性、先進性設計

  主要包括：

  1)太陽能集熱系統、輔助加熱系統、熱水供水系統的設計

  2)優先與充分利用太陽能設計；

  3)系統全自動智能化運行方案；

  4)系統各種自動安全防護功能設計

  5) 極端情況的應急處理功能。

  3、太陽能系統使用管理的適用性與方便性設計

  主要包括：

  1)太陽能運行維護的方便性設計

  2)適應實際情況的太陽能系統運行管理模式設計

  3)太陽能熱水的成本估算與收費辦法設計

  4、太陽能系統投資的經濟性與社會環境效益分析

  主要包括：

  1) 太陽能系統投入產出比估算

  2) 社會效益與環境效益估算等

   (3) 用戶初步選定的設計方案說明

  方案一：屋頂低谷電輔助加熱型集中集熱-集中貯水-分戶計量太陽能系統

  本方案采用太陽能優先加熱+太陽能不足時低谷電補充加熱的設計方式。

  經多年探索，我公司采用了先低谷電儲能+后太陽能加熱的設計方案，解決了二者不同步的問題，既能實現不受天氣陰晴影響100%保證熱水供應，又能實現優先和充分利用太陽能加熱。

  設計關鍵點：

  a) 將儲熱水箱加大1倍，利用低谷電提前儲存夠第二天使用的熱水量(50%水箱容量)，剩余50%水箱空間留給太陽能加熱。

  b) 當第二天晴天時，太陽能產熱水足夠用戶使用時，到晚上水箱仍剩余夠第三天使用的熱水，低谷電不加熱；

  c) 當第二天半晴半陰天時，太陽能產熱水量少，到晚上水箱剩余的熱水不夠第三天使用的熱水，低谷電加熱，補充一部分熱水，夠第三天熱水用量即可；

  d) 當第二天陰雨天時，太陽能不產熱水，到晚上水箱沒有剩余熱水，低谷電加熱，補充熱水至夠第二天使用的熱水量(50%水箱容量)。

  優點：

  1、既能充分利用太陽能加熱，又能利用低谷電電費低的優點；

  2、熱水資源能夠共享；

  3、前期投資較低。

  需重點解決的技術點：

  1、 熱水用水的計量收費問題，

  2、 熱水成本核算及熱水收費標準制定問題；

  3、 熱水供水系統合理分區及水壓平衡問題；

  4、 管井熱水管路降溫問題的解決辦法。

  重點技術點的解決辦法：

  1、可以通過IC卡熱水表預收費的辦法解決熱水收費問題。在不設置輔助熱源時，可以僅收取冷水費，從而避免收費難的問題。

  2、頂層壓力不足及底層超壓的問題，可通過分區供熱水及底層分戶減壓的辦法來解決。

  3、管井熱水管路的降溫問題可通過熱水回水管路定溫循環的辦法來接決。

  4、北京市有關部門正在制定太陽能熱水的定價辦法。

  注：經與用戶方探討，基于以下原因，初步計劃采用此種方案。

  1、 在所有可選方案中，投資較低

  2、 系統樓頂沒有噪音

  3、 既可以采用太陽能+低谷電聯合供熱水，通過IC卡收取熱水費，也可以僅依靠太陽能加熱，只收取冷水費。可進可退。

  方案二：戶家分散輔助加熱型集中集熱-集中貯水-分戶計量太陽能熱水系統

  本方案是給住戶自己分戶安裝電熱水器或其他熱水器，樓頂太陽能系統不再需要輔助加熱裝置。太陽能能把熱水加熱到多少度算多少度。

  如果樓頂太陽能水箱的水溫達到40度以上，用戶直接使用；如果樓頂太陽能水箱的水溫低于40度，各戶使用熱水時，由各戶的電熱水器或其他熱水器加熱到40度以上后再使用。

  優點：

  1、不需要分攤輔助熱源費用；

  2、熱水資源能夠共享；

  3、前期投資最低。

  需重點解決的技術點(與方案一相同)：

  1、太陽能不確定熱/溫/冷水的計量與收費問題，

  2、太陽能不確定熱/溫/冷水的成本核算及收費標準制定問題；

  3、太陽能供熱水系統合理分區及水壓平衡問題；

  4、管井熱水管路降溫問題的解決辦法。

  1 太陽能集熱器選型

  目前國內使用的太陽能集熱器類型主要有平板型集熱器、真空管型集熱器、熱管真空管型集熱器、U形管型集熱器。

  1.1 平板型集熱器

  平板型集熱器可以承壓運行，但保溫性能不如真空管集熱器，因此在春、夏、秋三季使用時效率高，冬季使用時，需作特殊防凍設計。另外，平板集熱器不能自動跟蹤陽光，因此傾角需要等于當地緯度時，才能更好接受太陽能。對于高層建筑，樓頂放置太陽能的面積本就不足；為了節省占地，必須采用單排多列布置，這樣就造成加熱器后面的高度過高，既存在安全隱患，又不美觀。

  全玻璃真空管集熱器在-25℃的低溫條件下，仍可產生熱水，可一年四季使用，冬季利用太陽能的效率最高。全玻璃真空管集熱器還可以自動實現季節跟蹤或日跟蹤，安裝可不受傾角限制，甚至可以水平平鋪。 因此，占地面積最小。但真空管集熱器不能承壓，存在炸管泄漏問題。

  1.3 熱管真空管集熱器

  熱管真空管集熱器可在零下50℃條件下使用，能夠承壓運行。這類集熱器也可以實現季節跟蹤或日跟蹤，安裝傾角可不受限制，也可以水平平鋪。但熱管冷凝端(加熱端)表面積僅是真空管的百分之一，易結水垢，換熱效果不如真空管，且使用效果直接受到熱管本身質量和壽命的影響，部分熱管出現質量下降和衰減問題，不容易被發現，且成本高。

  U形管真空管集熱器是在真空管的內壁插入了一根U形的銅管，利用傳熱介質在U形銅管內流動將真空管吸收太陽熱能帶走，因而可封閉帶壓循環，不存在炸管泄漏問題。這類集熱器也可以自動實現季節跟蹤或日跟蹤，安裝可不受傾角限制，可以水平平鋪。但由于U形管怕凍，因此必須采用防凍液介質循環，成本相對也高。

1.5 天普抗炸管抗過熱抗缺水抗斷電自防凍能承壓全玻璃真空管集熱器

  該集熱器是在全玻璃真空管集熱器內置兩根不銹鋼波紋管，使熱水箱內的生活熱水與集熱器內傳熱工質分開，因此系統工作時，集熱器能承受6kg以上的壓力。每一支真空集熱管和聯集箱中的水與換熱循環管道并不相通，即使玻璃真空管意外損壞一支，只是減少了損壞處局部吸熱效果，系統仍可正常運行。同時，真空管中的水為傳熱“介質水”，幾乎不消耗，不再有鈣鎂離子補充，因而真空管玻璃內壁不易水垢，可長久保持高效率的集熱效果。冬季集熱效率也較高，布局擺放也不受角度限制，價格適中。

  綜上可知，本產品具備了熱管集熱器、U形管集熱器可承壓的優點，避免了其抗凍能力低的缺點。同時具備了全玻璃真空管高效率、投資較小的優點。同時可靠性強，不宜結水垢，避免了真空管集熱器炸管漏水后系統癱瘓的缺點。

  建議選擇天普抗炸管、抗過熱、抗缺水、抗斷電、自防凍、能承壓的全玻璃真空管集熱器作為本項目的集熱器產品。

  根據屋面現有情況，屋面最多可擺放62組天普新型太陽能集熱器，每組集熱器采光面積4.23m2,62組為262m2。具體布置見下圖。

  2 用熱水量的確定

  3 北京的太陽能輻射資源

  根據GB 50364-2005 《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》查得北京市各月的氣象參數如下：

  4 真空管集熱器的熱效率

  經國家太陽能質量檢測中心測試，真空管集熱器集熱器的效率曲線見下圖。

  從效率曲線可以看出，真空管集熱器的熱效率隨tm(太陽集熱器進出口平均溫度)與ta(環境溫度)的溫差與太陽輻照度的比值(tm- ta)/G的變化而變化。也就是說，要求的產熱水溫度越低，環境溫度越高，熱管的熱效率就越高；反之，則越低。

  查GBJ19-87《采暖通風與空氣調節設計規范》(2001年版)，北京地區的氣象條件如下：年平均溫度：11.4℃，極端最高溫度37.1℃，極端最低溫度－17.1℃。取年平均溫度作為計算依據，即ta=11.4℃。

  已知G=650W/㎡，根據當地的情況，冷水溫度取15℃，(查閱設計規范，確定當地的冷水計算溫度)熱水溫度取60℃，(根據用戶要求或設計規范)則tm = (60℃+15℃)/2 = 37.5℃，由此可計算出北京地區水平坐標的數值x =( 37.5℃－11.4℃)/650 W/㎡=0.04 ㎡K/ W。

  查上圖的太陽集熱器效率曲線，當水平軸x = 0.04 ㎡K/ W時，熱效率在0.58左右。因此，太陽集熱器的熱效率 取0.58。

  5 屋面集熱器的產水量

  根據GB 50364-2005《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》，直接系統太陽集熱器的總面積可以按如下公式計算：

即：屋面最大化布置集熱器日均產熱水量為12.5噸。

  6 太陽能保證率的計算

  通過上節計算，屋面集熱器日均產熱水量為12545L，本項目日總需求熱水量為34500L。則系統的太陽能保證率為：

  通過上述計算，屋面擺滿太陽能集熱器時，太陽能保證率為36.4%。 

  注：上述太陽能保證率是按照每人40L溫度60度，每戶2.8人計算出每戶60度的熱水量112L計算的。可通過減小每戶的熱水設計量來提高太陽能保證率。具體需與設備工程師溝通確定。

  (5) 建筑施工應為太陽能預留的內容

  1 太陽能集熱器、水箱基礎的預留

  需按照設計圖紙要求的集熱器及水箱基礎進行預留。集熱器要求預留屋面生根基礎，水箱基礎需滿足水箱的承重需求。預留位置詳見基礎預留圖紙。

  2 系統管路預留

  按選定的方案預留系統冷水管路，熱水供回水管路及戶內管路。管路按系統設計管徑要求預留至戶內。太陽能循環管路需安裝在管井內的，需在管井給排水施工時一并預留。

  3 電氣預留

  需根據系統設備運行和輔助加熱的功率等總負荷進行動力電纜預留，電纜預留至太陽能系統控制柜的安裝位置。如電纜路由密封后走線困難的位置，需根據太陽能的系統要求預留穿線管。

  4 其他預留

  根據深化設計可能的其他預留。

  (6) 太陽能系統造價

    經計算，方案一：每戶成本為3673元；方案二為3287元。

  2、本次設計原來設計的帶換熱盤管的水箱改為了無盤管水箱，但增加了6臺水泵，整體造價比以前方案的每戶3732元降低到3673元。

  3、方案二價格比方案一省去了電輔助加熱、動力柜、動力電纜、水箱減小等費用。

  (7) 太陽能系統運行費用及熱水成本分析

  1 太陽能運行費用及熱水成本估算原則

  《北京市太陽能熱水系統城鎮建筑應用管理辦法》對該類型住宅建筑太陽能運行費用及熱水成本估算的規定如下：

  第十二條 新建建筑安裝太陽能熱水系統的投資由建設單位納入項目建設成本。集中式太陽能熱水系統的集熱系統、集中式輔助熱源系統等設施設備為業主共有共用部分，由業主共同決定委托節能服務公司或物業服務企業(簡稱太陽能熱水系統運行服務單位)負責運行維護。運行維護費用在收取的太陽能熱水系統使用費中支出，更新費用在住宅專項維修資金中列支。

  集中式太陽能熱水系統的戶內設施部分和分散式太陽能熱水系統為房屋產權人所有，運行維護與更新費用由產權人負責。

  第三十條 太陽能集熱系統使用費的固定費(包括日常維護費、系統運行電費、運行人員費、節能服務公司墊付的改造投資)可按戶均標準實行預繳；變動費(包括熱水費、集中補熱的輔助熱源費)可按使用的熱水量計量，按月繳納或按年預繳。提倡使用智能卡計費。

  太陽能熱水系統使用費的價格應當符合國家和本市有關規定，反映太陽能熱水系統的實際運行成本，有利于太陽能熱水系統的可持續應用。

  第三十一條 居住建筑集中式太陽能熱水系統運行中通過計量收取的熱水費用，用于支付輔助熱源的能耗動力費用、水費、維修費用、管理費用，以及采用合同能源管理方式的太陽能熱水系統改造投資費用。

  根據上述規定，戶內設施和分戶太陽能系統歸業主所有，運行維護及更新費用由業主自己負擔。公共部分太陽能熱水系統的收費分為固定費和變動費。

  固定費包括：日常維護費、系統運行電費、運行人員費、節能公司墊付的改造投資攤銷(本項目不含此項)。固定費按戶均標準預繳。

  變動費包括：熱水費、輔助加熱費用等。變動費按使用熱水量預繳。

  下面按照固定費和變動費進行分析。

  另外，按照把太陽能系統所有的維護費用全部攤入用戶使用的熱水數量，按照用戶實際使用的熱水量收取所用費用。后面按照此思路也一并給予了分析。

   2 太陽能系統固定費

  2.1日常維護費

  《北京市太陽能熱水系統城鎮建筑應用管理辦法》對太陽能熱水系統的設備質量、使用壽命、保修期規定如下：

  第十四條 太陽能熱水系統設備的生產供應單位應保證所提供設備的質量，并提高售后服務水平。

  提倡太陽能熱水系統建筑應用項目選擇在供應合同中承諾太陽能熱水系統設備保修期在3年以上，使用年限在15年以上的供應單位的產品。

  按照3年保修期計算。自系統交付使用3年后收取維護費，按照15年使用壽命計算，共收取12年維護費，按照項目合同額的3%計算年維護費，結果如下：

  方案一：

  經計算，熱水量噸均維護費：2.63元/噸

  方案二：

  經計算，熱水量均維護費：2.41元/噸

  2.2 系統運行電費(兩種方案相同，按照方案一計算)

  系統運行的耗電設備主要有太陽能循環泵、熱水循環泵、電伴熱帶、電磁閥、系統控制柜等。

  1) 太陽能循環泵日運行費用

  2#樓按照2套太陽能加熱系統計算，每套太陽能系統循環泵輸入功率按照1.8kw計算，每天運行4小時(根據經驗足夠)，兩臺循環泵實際耗電總量約14.4度電，按照每度電1元計算，太陽能循環泵日運行費用為14.4元。

  2) 熱水供水泵的日運行費用

  按照每個單元分別設1套獨立的高區和低區熱水供熱水系統，2#樓3個單元。高區每個單元的熱水循環泵的輸入功率為900W，每天運行4小時，3個單元熱水供水泵實際耗電總量約為：0.9×3×4=10.8度電，電價為1元/kwh，則高區熱水循環增壓泵日運行費用為：10.8×1=10.8元。

  低區熱水循環泵的輸入功率為900W，按照每天運行2小時計算，三個單元熱水熱水循環泵實際耗電總量約為：0.9kw×3臺×2H = 5.4度電，電價按1元/kwh，則低區熱水供水泵日運行費用為：5.4元。

  因此，熱水供水泵的日運行費用為5.4+10.8=16.2元。

  3) 電伴熱帶日均耗電

  電伴熱帶只在每年冬季天氣氣溫低時啟動，按每天加熱2小時，每年冬季工作90天，每米電伴熱帶的功率按照25W/米，伴熱帶長度按照50米計算，功率為1.25kw。每天的耗電量為2.5kWh，按1元/kwh計算，冬季90天電伴熱帶總費用為：2.5×90×1=225元。折合每天(全年360天)0.6元。

  4) 控制系統日均耗電量

  每天平均耗電量為10W，2臺每天工作24小時。實際耗電量約0.48度電，按現價1/kwh計算，每天運行費用0.5元。

  5) 電磁閥日均耗電量(可忽略不計)

  綜上可知，太陽能系統的日運行費用為：

  14.4+16.2+0.6+0.5=31.7元

  每噸熱水的運行費用為：

  31.7/34.5= 0.92元/噸

  2.3 運行人員費

  本小區共容納3277戶，按照2名專業人員進行日常維護，每人工資按4.8萬/年，則本小區全年的運行人員工資費用為9.6萬元。2#樓共308戶，占總戶數的9.4%，則2#樓全年的運行人員費為：

  96000元×9.4%=9024元。

  太陽能系統每年的產熱水量為34.5×365=12592.5噸，則方案一和方案二每噸水分攤的運行人員費為：

  9024元/12592.5噸=0.72元/噸。

  方案一的固定費為：

  2.63元/噸+0.92元/噸+0.72元/噸 = 4.27元/噸

  方案二固定費為：

  2.41元/噸+0.92元/噸+0.72元/噸 =4.05元/噸

   3 太陽能系統的變動費

  1)、冷水水費

  北京市冷水費按照現行的4元/噸計算。

  2)、集中輔助熱源費

  太陽能保證率為36.4%，即每天有34.5*(100%-36.4%)=22噸的熱水需由低谷電加熱提供。

  采用低谷電輔助加熱時，所需電量為：

  22000*(60-15)*1÷(860*90%)= 1279kWh

  低谷電價按照0.35元/度計算，共計1279*0.35=448元

  單位熱水的輔助加熱費用為：448元÷22= 20.36元/噸

  攤入太陽能系統的輔助加熱費用為：448元÷34.5=13元/噸

  方案一帶低谷電加熱的變動費為： 4元/噸+13元/噸 = 17元/噸

  方案一無低谷電加熱的變動費為： 4元/噸+0 = 4元/噸

  方案二的變動費為： 4元/噸+0 = 4元/噸

  4 二種方案全部費用匯總分析

  方案一帶低谷電加熱的固定費+變動費費：

  4.27元/噸 + 17元/噸 = 21.27元/噸

  按照戶均年繳納的固定費為：

  4.27元/噸 * 0.112噸/天 *365天/年 = 175元/年

  變動費成本為17元/噸

  方案一無低谷電加熱的固定費+變動費費：

  4.38元/噸 + 4元/噸 = 8.38元/噸

  按照戶均年繳納的固定費為：

  4.27元/噸 * 0.112噸/天 *365天/年 = 175元/年

  變動費成本為4元/噸

  方案二的固定費+變動費費：

  4.05元/噸 + 4元/噸 =8.05元/噸

  按照戶均繳納的固定費為：

  4.05元/噸 * 0.112噸/天 *365天/年 = 166元/年

  變動費成本為4元/噸

  上述分析得出以下結果：

  1)、按照固定費和變動費分開繳納的辦法：

  方案一的固定費為：175元/(戶年)

  方案一帶低谷電加熱的變動費為：17元/噸60度熱水

  方案一無低谷電加熱的變動費成本為：4元/噸水

  方案二的固定費為：166元/(戶年)，

  變動費成本為：4元/噸60度熱水

  2)、全部按照熱水費收費的辦法，

  方案一帶低谷電加熱的熱水水費成本為：21.27元/噸

  方案一無低谷電加熱的太陽能熱水水費成本為：8.38元/噸

  方案二的太陽能熱水水費成本為：8.05元/噸

  5 全部采用電加熱的熱水成本比較分析

  假定用戶完全采用電熱水器來加熱熱水，熱水加熱的成本主要為電的費用。

  采用電加熱加熱，加熱效率按照90%計算，1噸60度熱水所需的電量為：

  1000*(60-15)÷(860*90%)= 58.14度電

  按照居民用電0.485元/度電計算，則電加熱熱水成本為：

  58.14×0.485=28.2元/噸。

  注：電熱水器的投資在2000元左右，壽命在8-10年。

  6 太陽能系統使用費與電熱水器的使用費比較