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  项目名称：北京某回迁安置房项目

  (1)项目概况及设计要求

  1、项目概况

  北京某回迁安置房项目，总建筑面积为34万m2，其中住宅建筑面积25.7925万m2，设计容纳3277户，人口9176人。其中2#楼 308户。

  依据今年3月北京市出台的《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》的要求，本项目需设计太阳能热水系统。

  2、对太阳能系统设计方案的要求

  太阳能方提供了多种设计方案的比较分析，用户方最后选定投资较小，运行噪音小的如下2种方案，要求太阳能方进行深化设计，并提供投资及运行费用分析。

  1) 屋顶低谷电辅助加热型集中集热-集中贮水-分户计量太阳能系统

  注：该方案包括以下两种运行情况的运行成本分析

  a) 电辅助加热工作

  b) 关闭电辅助加热，仅单纯依靠太阳能加热

  2) 屋顶无辅助加热的集中集热-集中贮水-分户计量太阳能系统，辅助加热由住户自己安装电热水器或其它热水器。

  (2)方案设计考虑的主要方面

  近十年来，天普太阳能公司在太阳能与住宅建筑一体化方面进行了持续的探索，积累了丰富的经验。对本方案的设计，我们主要考虑了以下几个方面。

  1、太阳能系统与建筑一体化设计

  主要包括：

  1)太阳能系统的外观与建筑的匹配性与协调性设计；

  2)太阳能系统的色泽、质感与建筑的协调性设计等；

  2、太阳能系统运行方案的可靠性、合理性、先进性设计

  主要包括：

  1)太阳能集热系统、辅助加热系统、热水供水系统的设计

  2)优先与充分利用太阳能设计；

  3)系统全自动智能化运行方案；

  4)系统各种自动安全防护功能设计

  5) 极端情况的应急处理功能。

  3、太阳能系统使用管理的适用性与方便性设计

  主要包括：

  1)太阳能运行维护的方便性设计

  2)适应实际情况的太阳能系统运行管理模式设计

  3)太阳能热水的成本估算与收费办法设计

  4、太阳能系统投资的经济性与社会环境效益分析

  主要包括：

  1) 太阳能系统投入产出比估算

  2) 社会效益与环境效益估算等

   (3) 用户初步选定的设计方案说明

  方案一：屋顶低谷电辅助加热型集中集热-集中贮水-分户计量太阳能系统

  本方案采用太阳能优先加热+太阳能不足时低谷电补充加热的设计方式。

  经多年探索，我公司采用了先低谷电储能+后太阳能加热的设计方案，解决了二者不同步的问题，既能实现不受天气阴晴影响100%保证热水供应，又能实现优先和充分利用太阳能加热。

  设计关键点：

  a) 将储热水箱加大1倍，利用低谷电提前储存够第二天使用的热水量(50%水箱容量)，剩余50%水箱空间留给太阳能加热。

  b) 当第二天晴天时，太阳能产热水足够用户使用时，到晚上水箱仍剩余够第三天使用的热水，低谷电不加热；

  c) 当第二天半晴半阴天时，太阳能产热水量少，到晚上水箱剩余的热水不够第三天使用的热水，低谷电加热，补充一部分热水，够第三天热水用量即可；

  d) 当第二天阴雨天时，太阳能不产热水，到晚上水箱没有剩余热水，低谷电加热，补充热水至够第二天使用的热水量(50%水箱容量)。

  优点：

  1、既能充分利用太阳能加热，又能利用低谷电电费低的优点；

  2、热水资源能够共享；

  3、前期投资较低。

  需重点解决的技术点：

  1、 热水用水的计量收费问题，

  2、 热水成本核算及热水收费标准制定问题；

  3、 热水供水系统合理分区及水压平衡问题；

  4、 管井热水管路降温问题的解决办法。

  重点技术点的解决办法：

  1、可以通过IC卡热水表预收费的办法解决热水收费问题。在不设置辅助热源时，可以仅收取冷水费，从而避免收费难的问题。

  2、顶层压力不足及底层超压的问题，可通过分区供热水及底层分户减压的办法来解决。

  3、管井热水管路的降温问题可通过热水回水管路定温循环的办法来接决。

  4、北京市有关部门正在制定太阳能热水的定价办法。

  注：经与用户方探讨，基于以下原因，初步计划采用此种方案。

  1、 在所有可选方案中，投资较低

  2、 系统楼顶没有噪音

  3、 既可以采用太阳能+低谷电联合供热水，通过IC卡收取热水费，也可以仅依靠太阳能加热，只收取冷水费。可进可退。

  方案二：户家分散辅助加热型集中集热-集中贮水-分户计量太阳能热水系统

  本方案是给住户自己分户安装电热水器或其他热水器，楼顶太阳能系统不再需要辅助加热装置。太阳能能把热水加热到多少度算多少度。

  如果楼顶太阳能水箱的水温达到40度以上，用户直接使用；如果楼顶太阳能水箱的水温低于40度，各户使用热水时，由各户的电热水器或其他热水器加热到40度以上后再使用。

  优点：

  1、不需要分摊辅助热源费用；

  2、热水资源能够共享；

  3、前期投资最低。

  需重点解决的技术点(与方案一相同)：

  1、太阳能不确定热/温/冷水的计量与收费问题，

  2、太阳能不确定热/温/冷水的成本核算及收费标准制定问题；

  3、太阳能供热水系统合理分区及水压平衡问题；

  4、管井热水管路降温问题的解决办法。

  1 太阳能集热器选型

  目前国内使用的太阳能集热器类型主要有平板型集热器、真空管型集热器、热管真空管型集热器、U形管型集热器。

  1.1 平板型集热器

  平板型集热器可以承压运行，但保温性能不如真空管集热器，因此在春、夏、秋三季使用时效率高，冬季使用时，需作特殊防冻设计。另外，平板集热器不能自动跟踪阳光，因此倾角需要等于当地纬度时，才能更好接受太阳能。对于高层建筑，楼顶放置太阳能的面积本就不足；为了节省占地，必须采用单排多列布置，这样就造成加热器后面的高度过高，既存在安全隐患，又不美观。

  全玻璃真空管集热器在-25℃的低温条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，冬季利用太阳能的效率最高。全玻璃真空管集热器还可以自动实现季节跟踪或日跟踪，安装可不受倾角限制，甚至可以水平平铺。 因此，占地面积最小。但真空管集热器不能承压，存在炸管泄漏问题。

  1.3 热管真空管集热器

  热管真空管集热器可在零下50℃条件下使用，能够承压运行。这类集热器也可以实现季节跟踪或日跟踪，安装倾角可不受限制，也可以水平平铺。但热管冷凝端(加热端)表面积仅是真空管的百分之一，易结水垢，换热效果不如真空管，且使用效果直接受到热管本身质量和寿命的影响，部分热管出现质量下降和衰减问题，不容易被发现，且成本高。

  U形管真空管集热器是在真空管的内壁插入了一根U形的铜管，利用传热介质在U形铜管内流动将真空管吸收太阳热能带走，因而可封闭带压循环，不存在炸管泄漏问题。这类集热器也可以自动实现季节跟踪或日跟踪，安装可不受倾角限制，可以水平平铺。但由于U形管怕冻，因此必须采用防冻液介质循环，成本相对也高。

1.5 天普抗炸管抗过热抗缺水抗断电自防冻能承压全玻璃真空管集热器

  该集热器是在全玻璃真空管集热器内置两根不锈钢波纹管，使热水箱内的生活热水与集热器内传热工质分开，因此系统工作时，集热器能承受6kg以上的压力。每一支真空集热管和联集箱中的水与换热循环管道并不相通，即使玻璃真空管意外损坏一支，只是减少了损坏处局部吸热效果，系统仍可正常运行。同时，真空管中的水为传热“介质水”，几乎不消耗，不再有钙镁离子补充，因而真空管玻璃内壁不易水垢，可长久保持高效率的集热效果。冬季集热效率也较高，布局摆放也不受角度限制，价格适中。

  综上可知，本产品具备了热管集热器、U形管集热器可承压的优点，避免了其抗冻能力低的缺点。同时具备了全玻璃真空管高效率、投资较小的优点。同时可靠性强，不宜结水垢，避免了真空管集热器炸管漏水后系统瘫痪的缺点。

  建议选择天普抗炸管、抗过热、抗缺水、抗断电、自防冻、能承压的全玻璃真空管集热器作为本项目的集热器产品。

  根据屋面现有情况，屋面最多可摆放62组天普新型太阳能集热器，每组集热器采光面积4.23m2,62组为262m2。具体布置见下图。

  2 用热水量的确定

  3 北京的太阳能辐射资源

  根据GB 50364-2005 《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》查得北京市各月的气象参数如下：

  4 真空管集热器的热效率

  经国家太阳能质量检测中心测试，真空管集热器集热器的效率曲线见下图。

  从效率曲线可以看出，真空管集热器的热效率随tm(太阳集热器进出口平均温度)与ta(环境温度)的温差与太阳辐照度的比值(tm- ta)/G的变化而变化。也就是说，要求的产热水温度越低，环境温度越高，热管的热效率就越高；反之，则越低。

  查GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》(2001年版)，北京地区的气象条件如下：年平均温度：11.4℃，极端最高温度37.1℃，极端最低温度－17.1℃。取年平均温度作为计算依据，即ta=11.4℃。

  已知G=650W/㎡，根据当地的情况，冷水温度取15℃，(查阅设计规范，确定当地的冷水计算温度)热水温度取60℃，(根据用户要求或设计规范)则tm = (60℃+15℃)/2 = 37.5℃，由此可计算出北京地区水平坐标的数值x =( 37.5℃－11.4℃)/650 W/㎡=0.04 ㎡K/ W。

  查上图的太阳集热器效率曲线，当水平轴x = 0.04 ㎡K/ W时，热效率在0.58左右。因此，太阳集热器的热效率 取0.58。

  5 屋面集热器的产水量

  根据GB 50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》，直接系统太阳集热器的总面积可以按如下公式计算：

即：屋面最大化布置集热器日均产热水量为12.5吨。

  6 太阳能保证率的计算

  通过上节计算，屋面集热器日均产热水量为12545L，本项目日总需求热水量为34500L。则系统的太阳能保证率为：

  通过上述计算，屋面摆满太阳能集热器时，太阳能保证率为36.4%。 

  注：上述太阳能保证率是按照每人40L温度60度，每户2.8人计算出每户60度的热水量112L计算的。可通过减小每户的热水设计量来提高太阳能保证率。具体需与设备工程师沟通确定。

  (5) 建筑施工应为太阳能预留的内容

  1 太阳能集热器、水箱基础的预留

  需按照设计图纸要求的集热器及水箱基础进行预留。集热器要求预留屋面生根基础，水箱基础需满足水箱的承重需求。预留位置详见基础预留图纸。

  2 系统管路预留

  按选定的方案预留系统冷水管路，热水供回水管路及户内管路。管路按系统设计管径要求预留至户内。太阳能循环管路需安装在管井内的，需在管井给排水施工时一并预留。

  3 电气预留

  需根据系统设备运行和辅助加热的功率等总负荷进行动力电缆预留，电缆预留至太阳能系统控制柜的安装位置。如电缆路由密封后走线困难的位置，需根据太阳能的系统要求预留穿线管。

  4 其他预留

  根据深化设计可能的其他预留。

  (6) 太阳能系统造价

    经计算，方案一：每户成本为3673元；方案二为3287元。

  2、本次设计原来设计的带换热盘管的水箱改为了无盘管水箱，但增加了6台水泵，整体造价比以前方案的每户3732元降低到3673元。

  3、方案二价格比方案一省去了电辅助加热、动力柜、动力电缆、水箱减小等费用。

  (7) 太阳能系统运行费用及热水成本分析

  1 太阳能运行费用及热水成本估算原则

  《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》对该类型住宅建筑太阳能运行费用及热水成本估算的规定如下：

  第十二条 新建建筑安装太阳能热水系统的投资由建设单位纳入项目建设成本。集中式太阳能热水系统的集热系统、集中式辅助热源系统等设施设备为业主共有共用部分，由业主共同决定委托节能服务公司或物业服务企业(简称太阳能热水系统运行服务单位)负责运行维护。运行维护费用在收取的太阳能热水系统使用费中支出，更新费用在住宅专项维修资金中列支。

  集中式太阳能热水系统的户内设施部分和分散式太阳能热水系统为房屋产权人所有，运行维护与更新费用由产权人负责。

  第三十条 太阳能集热系统使用费的固定费(包括日常维护费、系统运行电费、运行人员费、节能服务公司垫付的改造投资)可按户均标准实行预缴；变动费(包括热水费、集中补热的辅助热源费)可按使用的热水量计量，按月缴纳或按年预缴。提倡使用智能卡计费。

  太阳能热水系统使用费的价格应当符合国家和本市有关规定，反映太阳能热水系统的实际运行成本，有利于太阳能热水系统的可持续应用。

  第三十一条 居住建筑集中式太阳能热水系统运行中通过计量收取的热水费用，用于支付辅助热源的能耗动力费用、水费、维修费用、管理费用，以及采用合同能源管理方式的太阳能热水系统改造投资费用。

  根据上述规定，户内设施和分户太阳能系统归业主所有，运行维护及更新费用由业主自己负担。公共部分太阳能热水系统的收费分为固定费和变动费。

  固定费包括：日常维护费、系统运行电费、运行人员费、节能公司垫付的改造投资摊销(本项目不含此项)。固定费按户均标准预缴。

  变动费包括：热水费、辅助加热费用等。变动费按使用热水量预缴。

  下面按照固定费和变动费进行分析。

  另外，按照把太阳能系统所有的维护费用全部摊入用户使用的热水数量，按照用户实际使用的热水量收取所用费用。后面按照此思路也一并给予了分析。

   2 太阳能系统固定费

  2.1日常维护费

  《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》对太阳能热水系统的设备质量、使用寿命、保修期规定如下：

  第十四条 太阳能热水系统设备的生产供应单位应保证所提供设备的质量，并提高售后服务水平。

  提倡太阳能热水系统建筑应用项目选择在供应合同中承诺太阳能热水系统设备保修期在3年以上，使用年限在15年以上的供应单位的产品。

  按照3年保修期计算。自系统交付使用3年后收取维护费，按照15年使用寿命计算，共收取12年维护费，按照项目合同额的3%计算年维护费，结果如下：

  方案一：

  经计算，热水量吨均维护费：2.63元/吨

  方案二：

  经计算，热水量均维护费：2.41元/吨

  2.2 系统运行电费(两种方案相同，按照方案一计算)

  系统运行的耗电设备主要有太阳能循环泵、热水循环泵、电伴热带、电磁阀、系统控制柜等。

  1) 太阳能循环泵日运行费用

  2#楼按照2套太阳能加热系统计算，每套太阳能系统循环泵输入功率按照1.8kw计算，每天运行4小时(根据经验足够)，两台循环泵实际耗电总量约14.4度电，按照每度电1元计算，太阳能循环泵日运行费用为14.4元。

  2) 热水供水泵的日运行费用

  按照每个单元分别设1套独立的高区和低区热水供热水系统，2#楼3个单元。高区每个单元的热水循环泵的输入功率为900W，每天运行4小时，3个单元热水供水泵实际耗电总量约为：0.9×3×4=10.8度电，电价为1元/kwh，则高区热水循环增压泵日运行费用为：10.8×1=10.8元。

  低区热水循环泵的输入功率为900W，按照每天运行2小时计算，三个单元热水热水循环泵实际耗电总量约为：0.9kw×3台×2H = 5.4度电，电价按1元/kwh，则低区热水供水泵日运行费用为：5.4元。

  因此，热水供水泵的日运行费用为5.4+10.8=16.2元。

  3) 电伴热带日均耗电

  电伴热带只在每年冬季天气气温低时启动，按每天加热2小时，每年冬季工作90天，每米电伴热带的功率按照25W/米，伴热带长度按照50米计算，功率为1.25kw。每天的耗电量为2.5kWh，按1元/kwh计算，冬季90天电伴热带总费用为：2.5×90×1=225元。折合每天(全年360天)0.6元。

  4) 控制系统日均耗电量

  每天平均耗电量为10W，2台每天工作24小时。实际耗电量约0.48度电，按现价1/kwh计算，每天运行费用0.5元。

  5) 电磁阀日均耗电量(可忽略不计)

  综上可知，太阳能系统的日运行费用为：

  14.4+16.2+0.6+0.5=31.7元

  每吨热水的运行费用为：

  31.7/34.5= 0.92元/吨

  2.3 运行人员费

  本小区共容纳3277户，按照2名专业人员进行日常维护，每人工资按4.8万/年，则本小区全年的运行人员工资费用为9.6万元。2#楼共308户，占总户数的9.4%，则2#楼全年的运行人员费为：

  96000元×9.4%=9024元。

  太阳能系统每年的产热水量为34.5×365=12592.5吨，则方案一和方案二每吨水分摊的运行人员费为：

  9024元/12592.5吨=0.72元/吨。

  方案一的固定费为：

  2.63元/吨+0.92元/吨+0.72元/吨 = 4.27元/吨

  方案二固定费为：

  2.41元/吨+0.92元/吨+0.72元/吨 =4.05元/吨

   3 太阳能系统的变动费

  1)、冷水水费

  北京市冷水费按照现行的4元/吨计算。

  2)、集中辅助热源费

  太阳能保证率为36.4%，即每天有34.5*(100%-36.4%)=22吨的热水需由低谷电加热提供。

  采用低谷电辅助加热时，所需电量为：

  22000*(60-15)*1÷(860*90%)= 1279kWh

  低谷电价按照0.35元/度计算，共计1279*0.35=448元

  单位热水的辅助加热费用为：448元÷22= 20.36元/吨

  摊入太阳能系统的辅助加热费用为：448元÷34.5=13元/吨

  方案一带低谷电加热的变动费为： 4元/吨+13元/吨 = 17元/吨

  方案一无低谷电加热的变动费为： 4元/吨+0 = 4元/吨

  方案二的变动费为： 4元/吨+0 = 4元/吨

  4 二种方案全部费用汇总分析

  方案一带低谷电加热的固定费+变动费费：

  4.27元/吨 + 17元/吨 = 21.27元/吨

  按照户均年缴纳的固定费为：

  4.27元/吨 * 0.112吨/天 *365天/年 = 175元/年

  变动费成本为17元/吨

  方案一无低谷电加热的固定费+变动费费：

  4.38元/吨 + 4元/吨 = 8.38元/吨

  按照户均年缴纳的固定费为：

  4.27元/吨 * 0.112吨/天 *365天/年 = 175元/年

  变动费成本为4元/吨

  方案二的固定费+变动费费：

  4.05元/吨 + 4元/吨 =8.05元/吨

  按照户均缴纳的固定费为：

  4.05元/吨 * 0.112吨/天 *365天/年 = 166元/年

  变动费成本为4元/吨

  上述分析得出以下结果：

  1)、按照固定费和变动费分开缴纳的办法：

  方案一的固定费为：175元/(户年)

  方案一带低谷电加热的变动费为：17元/吨60度热水

  方案一无低谷电加热的变动费成本为：4元/吨水

  方案二的固定费为：166元/(户年)，

  变动费成本为：4元/吨60度热水

  2)、全部按照热水费收费的办法，

  方案一带低谷电加热的热水水费成本为：21.27元/吨

  方案一无低谷电加热的太阳能热水水费成本为：8.38元/吨

  方案二的太阳能热水水费成本为：8.05元/吨

  5 全部采用电加热的热水成本比较分析

  假定用户完全采用电热水器来加热热水，热水加热的成本主要为电的费用。

  采用电加热加热，加热效率按照90%计算，1吨60度热水所需的电量为：

  1000*(60-15)÷(860*90%)= 58.14度电

  按照居民用电0.485元/度电计算，则电加热热水成本为：

  58.14×0.485=28.2元/吨。

  注：电热水器的投资在2000元左右，寿命在8-10年。

  6 太阳能系统使用费与电热水器的使用费比较