引言：2011年我國(guó)城鎮(zhèn)住宅生活熱水總能耗折合標(biāo)煤1453萬(wàn)t，占城鎮(zhèn)住宅總能耗的9.5%；全國(guó)城鎮(zhèn)住宅單位戶(hù)的平均生活熱水能耗為 60.3kgce/(hh•a)，相比 1996 年能耗水平升高近8倍，在建筑能耗中是位居供暖、空調(diào)、照明之后的第四大能耗。為推進(jìn)節(jié)能減排，加強(qiáng)可再生能源在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，在激勵(lì)安裝政策的拉動(dòng)下，太陽(yáng)能由農(nóng)村走向城市，由零售市場(chǎng)轉(zhuǎn)向工程市場(chǎng)，利用太陽(yáng)能供應(yīng)生活熱水逐漸得到推廣。我國(guó)是太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū)，各地的太陽(yáng)輻射年總量大約在3300J/m2·a~8400MJ/m2·a之間，截至2014年年底，全國(guó)城鎮(zhèn)太陽(yáng)能光熱應(yīng)用面積34.3億m2。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)作為技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)，是已知的可再生能源建筑應(yīng)用領(lǐng)域最易為公眾接受的形式之一。
伴隨著太陽(yáng)能建筑應(yīng)用規(guī)模的迅速發(fā)展，太陽(yáng)能熱水的口碑卻不盡人意，很難使居民和開(kāi)發(fā)商滿(mǎn)意，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)研數(shù)據(jù)和工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展仍然存在一些問(wèn)題亟待解決。
一是熱水舒適性與價(jià)格不匹配
通過(guò)對(duì)200戶(hù)居民的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)普遍存在熱水收費(fèi)高、放冷水時(shí)間長(zhǎng)等不足，致使用戶(hù)評(píng)價(jià)不高。調(diào)研結(jié)果顯示，只有37%的用戶(hù)認(rèn)為太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)“很舒適”，而剩下63%的用戶(hù)認(rèn)為“一般”；與之相比，認(rèn)為電熱水器和燃?xì)鉄崴?ldquo;很舒適”的分別占42%和44%，如圖1所示。然而，18%的用戶(hù)所承擔(dān)的太陽(yáng)能熱水價(jià)格超過(guò)20元/噸，與單純用電加熱的熱水系統(tǒng)相比價(jià)格偏高，以經(jīng)濟(jì)節(jié)能為競(jìng)爭(zhēng)手段的太陽(yáng)能并未體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。舒適性與價(jià)格難以匹配，制約著居民對(duì)太陽(yáng)能熱水的認(rèn)可度。
二是運(yùn)行維護(hù)負(fù)擔(dān)重
太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、貯水箱、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及輔助加熱系統(tǒng)五部分組成，必須要保證每一系統(tǒng)都無(wú)故障，才能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在針對(duì)某省太陽(yáng)能熱水工程的一項(xiàng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行費(fèi)用高、常發(fā)系統(tǒng)故障、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理及產(chǎn)品質(zhì)量差是讓物業(yè)管理部門(mén)最為頭疼的問(wèn)題，其中集熱器的故障率最高、其次是水泵和管道，在走訪(fǎng)的26個(gè)工程項(xiàng)目中，有近70%的工程是虧損的，僅有15%的工程能夠盈利，如圖2所示。所以，從開(kāi)發(fā)商的角度來(lái)看，由于運(yùn)行維護(hù)、計(jì)量收費(fèi)等問(wèn)題，不敢輕易采用。然而，為了響應(yīng)節(jié)能政策，多地區(qū)出臺(tái)了強(qiáng)制安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的政策，選擇低價(jià)的太陽(yáng)能產(chǎn)品成了開(kāi)發(fā)商為應(yīng)付政策而做出的理性選擇，且一些工程建設(shè)方仍然通過(guò)租賃安裝，或者安裝卻不投入使用。
要解決這些問(wèn)題，可以嘗試從太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，以及反映經(jīng)濟(jì)性的常規(guī)能源消耗量入手。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)能量輸入主要為集熱系統(tǒng)得熱量和輔助能源耗能量，能量輸出主要為用戶(hù)實(shí)際用熱量和管路循環(huán)散熱量，如圖3所示。因此，可將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的能量關(guān)系理解為“兩進(jìn)兩出”，滿(mǎn)足平衡公式“集熱系統(tǒng)得熱量+輔助能源耗能量=管路循環(huán)散熱量+用戶(hù)實(shí)際用熱量”?；诖?，可以嘗試從太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，以及反映經(jīng)濟(jì)性的常規(guī)能源消耗量入手，重新審視太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的能量關(guān)系。
首先，應(yīng)重新認(rèn)識(shí)用戶(hù)實(shí)際用水需求：
在開(kāi)展太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以用太陽(yáng)能盡可能多的滿(mǎn)足用戶(hù)需求為導(dǎo)向。調(diào)查表明人均熱水用量20-30L/天，這一數(shù)據(jù)與《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《小區(qū)集中生活熱水供應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)程》、《燃油、燃?xì)鉄崴畽C(jī)組生活熱水供應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（分別以A~D表示）中的熱水定額值相比小很多，見(jiàn)表1。再考慮熱水溫升的計(jì)算差異，計(jì)算負(fù)荷與實(shí)際需求相差甚遠(yuǎn)。安裝較大的水箱和較多集熱板相應(yīng)增加了成本，提高了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的初投資，卻導(dǎo)致太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)低效運(yùn)行。
其次，要轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)思路：
確定“太陽(yáng)能部分替代，常規(guī)能源保證”的新型主從關(guān)系?，F(xiàn)有的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以用太陽(yáng)能盡可能多的滿(mǎn)足用戶(hù)需求為導(dǎo)向，常規(guī)能源作為輔助能源進(jìn)行補(bǔ)充，在進(jìn)行熱水負(fù)荷計(jì)算時(shí)往往以峰值作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，造成了能源的極大浪費(fèi)。建議在設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)變應(yīng)用太陽(yáng)能滿(mǎn)足用戶(hù)熱水負(fù)荷峰值的設(shè)計(jì)理念，不應(yīng)一味的追求太陽(yáng)能保證率，應(yīng)將太陽(yáng)能作為應(yīng)用常規(guī)能源制備生活熱水的部分替代能源，提高系統(tǒng)綜合運(yùn)行效率，這樣既可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能對(duì)常規(guī)能源的有效替代，有效控制噸熱水能耗，又可以利用常規(guī)能源保證用戶(hù)需求，減少不必要的能量損失，減輕系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的壓力。所以，要轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)思路，確定“太陽(yáng)能部分替代，常規(guī)能源保證”的新型主從關(guān)系。即最大化利用集熱器已收集的太陽(yáng)能，通過(guò)常規(guī)能源解決工程可靠性問(wèn)題。
第三，系統(tǒng)測(cè)試從“跟蹤太陽(yáng)能”轉(zhuǎn)為“跟蹤常規(guī)能源”：
根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，目前的檢測(cè)工作將重點(diǎn)放在集熱系統(tǒng)效率及太陽(yáng)能設(shè)計(jì)保證率上，以“跟蹤太陽(yáng)能”為主，過(guò)多地關(guān)注產(chǎn)品性能，而難以對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行優(yōu)劣情況、節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，測(cè)試方法要靠天吃飯，也就是說(shuō)要有太陽(yáng)才能干，而且四個(gè)太陽(yáng)能輻照量的要求較高。同時(shí)由于測(cè)試工況與用戶(hù)實(shí)際使用工況差異較大，測(cè)試結(jié)果很難真實(shí)反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況，因此，系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)從“跟蹤太陽(yáng)能”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;跟蹤常規(guī)能源”，從跟蹤常規(guī)能源入手，簡(jiǎn)化測(cè)試的同時(shí)提高了可靠性和準(zhǔn)確度。
第四，應(yīng)擴(kuò)充太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：
太陽(yáng)能保證率是目前衡量太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的重要指標(biāo)，根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中的定義，太陽(yáng)能保證率為“太陽(yáng)能供熱水、采暖或空調(diào)系統(tǒng)中由太陽(yáng)能供給的能量占系統(tǒng)總消耗能量的百分率”，是基于系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況計(jì)算而得。
但事實(shí)上，太陽(yáng)能保證率未全面考慮輔助能源消耗量、用戶(hù)實(shí)際用熱量、管路水箱散熱量等，無(wú)法反映系統(tǒng)中太陽(yáng)能的實(shí)際利用情況和輔助能源真實(shí)消耗水平。
此外，對(duì)安裝效果和系統(tǒng)形式的合理性都無(wú)法判斷，也不能間接反映這些方面，常有項(xiàng)目因保溫層過(guò)薄或破損致使運(yùn)行能耗過(guò)高。
所以，單一的太陽(yáng)能保證率這一評(píng)價(jià)指標(biāo)不能夠完全衡量太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)劣，有失偏頗。因此，在進(jìn)行太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)該突出“以實(shí)際運(yùn)行能耗為導(dǎo)向”，可以考慮增加太陽(yáng)能有效利用率、常規(guī)能源替代率和系統(tǒng)散熱比等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的定量刻畫(huà)。通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)引導(dǎo)太陽(yáng)能生活熱水工程的科學(xué)發(fā)展。
