我国南方地区农村住宅太阳能热水系统的研究_日照

论文导读:：太阳能热水器已进入寻常百姓家。我国住宅生活热水能耗占到建筑总能耗的10%-20%[1]。年平均日照时数1765h。环境效益。
论文关键词：太阳能热水器，热水，日照，环境效益

 

0前言

随着我国经济的快速发展，农村的城镇化如火如荼。人们的住宅和生活质量都有了质的飞跃：住房由过去的土坯房，到如今的1-5层的楼板房；热水设备由过去的柴火炉灶、煤炉发展到现在的电热水器、液化石油气热水器、太阳能热水器、空气源热泵等；浴室由过去简陋的大澡堂，向卫生、安静、独立的室内浴室发展。但是，农村的城镇化发展也带来了环境的污染和能源的浪费。由于我国农村人口众多，村镇发展缺少合理的规划，致使我国农村资源浪费和环境污染日趋严重。因此，农村的节能减排迫在眉睫。

有关资料表明，我国住宅生活热水能耗占到建筑总能耗的10%-20%^[1]。随着人们生活质量的改善，热水需求会越来越高，制备热水所需能耗也会越来越大。而太阳能热水器不仅可以利用免费的、用之不尽的太阳光源，还低碳环保。近年来，太阳能热水器已进入寻常百姓家，但由于该节能设备价格较高，加之安装、使用、规划不合理等方面的原因，使得该设备和节能理念未能被大众接受。另外由于我国现行的建筑给排水设计规范是主要针对城市住宅而设定的，而农村住宅的用水定额并没有统一的标准，给设计、施工和热水量计算带来一定的难度。为此笔者通过调查福建省上杭县旧县乡寨里村民的用水特性、热水供应设备等，并以该村某四口之家的住宅太阳能热水供应系统为背景，记录了春、夏、秋、冬中的四个典型月中每日生活热水供应量日照，及对2010年3月1日到2011年2月28日太阳能集热水箱热水温度、气温、日照时数等相关数据进行记录,分析与研究了太阳能热水系统在我国农村的实用性，以及为国家贯彻节能减排、建设资源节约型、环境友好型社会提供一定的借鉴，还能为广大的太阳能热水系统的设计者和使用者提供一些参考，使得该节能环保的制热设备和节能理念能与实际生活有机结合起来。

1调查对象简述

上杭县位于福建省西南部，东经116°16′，北纬24°46′。该县四季分明，气候温和，雨量充沛期刊网。其年平均气温20.0℃,　年平均雨量1646mm，年平均日照时数1765h，无霜期多达277d ^[2]。旧县乡寨里位于上杭县中部，2010年底该村有109户居民，共计600人。

某住宅位于村中部，共三层，常住人口 4人，设有全玻璃真空管太阳能+电辅助加热热水系统。其真空集热管共20支并为以35°倾角，朝南安装；管长2100mm、直径58mm、集热面积为3m²，集热水箱200L，电辅助加热功率为1500W，并设有温度自动控制系统。室内主要热水用水设备为：淋浴器、洗脸盆、盥洗池。

2用水特性研究

2.1洗浴频率的调查

该村经济发展较快，城镇化住宅也越来越多。全村109户住宅中，1-4层的砖混结构的楼房共98户，一层的瓦房为11户。由于当地的生活质量在不断提高，加之人们经常洗澡的生活习性，预示着人们对热水的需求会越来越大。针对当地村民的洗浴频率的问题，笔者采用问卷调查的形式对该村100名村民进行采访，调查的人口年龄结构和结果如下。

表一 被采访人员的年龄结构分布

表二 该村年平均洗澡频率所占的比例

2.2村民的起居习惯和热水时变化曲线的研究

当地气候温和、土地肥沃，村民以种植水稻、烤烟、蔬菜为主要的经济来源。由于该村位于北回归线附近，春秋季日出和日落大约在6点和18点30分左右，冬季日出和日落大约在6点50分和18点左右，夏季日出和日落时间大约在5点40分和19点左右。人们日出而作日入而息，故每日6-8点和18-20点期间热水需求量最大。笔者以上述四口之家的住宅为调查对象，通过分析冬季典型月中连续一周的日热水量的各个时段变化，得出该住宅大概的热水需求量时变化曲线，如图一

图一 冬季典型月热水供应的时变化曲线图

上述曲线可知，每日6-9点和12-14点两个时段内，热水主要用于洗脸和餐具的洗涤，故热水需求量较小；而18-20点外出干活的人们回家洗澡，洗浴热水量剧增，该时段热水需求量占了整日的70%-80%；相反其余各个时段热水供应量几乎为零。现行的建筑给排水设计规范 5.1.1-2中规定用水器具的热水用水水温：淋浴器为37℃—40℃，洗脸盆和盥洗池为30℃；而规范5.1.5条规定：原水水质需处理但未进行水质处理的加热器出口的最高水温为60℃日照，当热水供应系统只供淋浴器和盥洗用水、不供洗涤盆时配水点最低水温40℃^[3]。根据当地人们的生活习惯，淋浴温度一般在40℃左右，加之当地水质硬度较大，因此本文设定太阳能制备热水的最高温度为50℃，各热水用水器具的最低温度为40℃。

2.3各个典型月日热水供应量的研究

住宅热水除了用于洗浴，还包括一日三餐餐具的洗涤、洗脸与洗手等，其中洗浴热水占总热水的80%-90%左右。同一住宅在不同的季节中，居民洗澡频率稍有不同，而且每日各个时段热水量和一天的热水总量也有所区别。为了反映不同时间段、不同气温下的热水供应量变化，笔者分别选取春夏秋冬的一个典型月，连续记录该住宅每日生活热水量的变化，为太阳能热水器的选取提供一定参考。其中选取的春季典型月为4月，夏季典型月为7月16日至8月15日，秋季典型月为10月15日至11月14日，冬季典型月1月15日至2月14日，如图二~图五。

图二春季典型月日热水供应量变化图图三 夏季典型月日热水供应量变化图

图四 秋季典型月日热水供应量变化图 图五 冬季典型月日热水供应量变化图

由四个典型月的日热水量变化图可知，冬季的典型月，由于正直年关和天气寒冷的原因，使得该月日热水量变化较大：用水量最大的一天为200L，最小的一天为145L，两者相差55L。相反，夏季的典型月中，由于天气炎热，每日热水量需求最小，变化较为稳定。而春季多雨，所以在春季的典型月中，特别是清明前后热水量较大，随着时间的推移，气温上升，靠近“五·一”时，热水量呈递减的趋势。在秋季，由于天气干燥少雨，日照时间相对较长，气温较高，热水需求量相对不大，但随着冬季的靠近，气温逐渐减低，热水量不断增大。

我国《建筑给水排水设计规范》中5.1.1-1条规定在自备热水供应和淋浴设备的住宅，最高日用水定额为40-80L/d.per^[3]。以上述4季的典型月的日热水供应量为参考，冬季热水用量最大日照，日平均水量为164L/d,人均41L/d，最高日用水量为50L/d.per,最小为36.3L/d.per。春季日平均150L/d，人均37.5L/d，最高日用水量为46.3L/d.per，最小为26.8 L/d.per期刊网。秋季日平均139L/d，人均34.8L/d，最高日用水量为45.8L/d.per，最小为27.5L/d.per。夏季热水需求量最少，日平均81L/d，人均20.3L/d，最高日用水量为30.8L/d.per，最小为14.8L/d.per。以上数据表明，在我国南方地区农村自备热水供应和淋浴设备的住宅，冬、春、秋三季的最高日用水定额都与规范要求的下限基本一致，其中春、秋两季都比规范下限的要求稍小；夏季的用水定额与规范偏差较大，仅为20.3L/d.per。为此，在进行热水水量计算和设备选型时，应因地制宜地选择最高日用水定额，并且尽量选择规范5.1.1-1条中的下限值。以该村为例，在选取太阳能集热水箱时，以人均35-40L/d 的热水定额取值为宜。避免在阴雨天，电辅助加热时因为水箱过大而造成加热时间长、能源浪费。

3太阳能热水供应系统的分析

我国太阳能资源相当丰富，除了黔、川、渝三个地区之外，全国绝大多数地方都可以推广使用太阳能热水供应系统。福建省上杭县年日照时数1700h-2200h，阳光资源丰富。按照我国科学自然资源综合考察组的资料，全国根据接受太阳能辐射量的大小大致分为资源丰富带、资源较富带、资源一般带和资源贫乏带四个资源带^[4]，而该村属于资源一般地带。虽然太阳能是取之不尽用之不竭的、既环保又可再生的能源，但是太阳能热源与常规能源相比具有低密度、不稳定、不可控的特点^[5]。为此笔者，在2010年3月1日到2011年2月28日为期一年的时间里，对该农村住宅的太阳能集热水箱的温度、日照时数、日平均气温度进行了系统的测量，以确实的数据反映太阳能热水器在我国南方农村住宅的使用效果以及相关问题。

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