太阳能在农村住宅当中的应用

太阳能在农村住宅当中的应用太阳能在农村住宅当中的应用 直接利用式热工计算直接利用式热工计算 学学 生生 ： 董 耀 军 学学 号号 ： 0602240450 指指 导导 老老 师师 ： 何 梅 摘要：摘要：通过对晋南农村的一栋普通单层房屋进行太阳能改造，分别对改造前后的建筑进行 能耗计算，能出太阳能建筑的节能量及节能率 ，以及对农村住宅太阳能改造当中的材料本 地化进行性能分析 关键词：关键词：太阳能建筑 节能量 节能率 太阳能改造当中的材料当地化 建筑基本概况：建筑基本概况：山西南部农村住宅，硬山双坡屋顶建筑，建筑物宽 7.2m,进深 6.6m，建筑 面积 71.28m2,主体一层，局部两层，见附图 改造原则：基本保持立面不变的基础上，通过改 造南向坡屋顶成直接收益式及相关构造图 一、一、各部分面积的计算各部分面积的计算 1、建筑面积 A0 建筑物宽 7.2m，进深 3.6m。首层建筑面积 7.2*3.6=25.92m2 局部二层面积 3.6*3.6=12.96m2 2、建筑体积 V0 V0=7.2*6.6*4.2+7.2*6.6*2.55=320.76m3。 3、屋顶面积 F F=2.5*2*7.2*2=72m2 4、外墙面积 1）对比房 （1）南墙总面积 7.2*4.2=30.24 m2 （2）门窗洞口面积 普通窗 1.2*1.8*2=4.32 m2 门上窗 0.5*2.7=1.35 m2 落地窗 0.9*2.1=1.89 m2 门：铝合金中空玻璃推拉门 1.8*2.1=3.78 m2 （3）南墙面积：30.24-4.32-1.35-1.89-3.78=18.9 m2 窗墙面积比=18.9/30.24=0.625 2）太阳房 太阳房南墙同对比房 3）南向坡屋顶改成直接受益式，玻璃幕墙面积 5*7.2=36 m2 4）北墙总面积 7.2*4.2=30.24 m2 北墙窗洞口面积 1.5*1.2=1.8 m2 窗墙面积比 1.8/30.24=0.060.25 5）东西墙 6.6*4.2+6.6*2.55/2=36.14 m2 6）地板面积 7.2*6.6+3.6*6.6=71.28 m2 二、太阳房和对比房的围护构造、传热系数及各部分面积，见表二、太阳房和对比房的围护构造、传热系数及各部分面积，见表 名称构造传热系数 K W/（m2。K） 面积 M2 屋顶传统 屋顶 10 厚小圆瓦 20 厚 1：2 水泥沙浆防水层 150 厚憎水膨胀珍珠岩板 五合板一层 小头 80 宽的松木椽间距 200 0.836 玻璃幕墙 屋顶 12 厚安全玻璃一层 两端固定于梁和柱上的安全玻璃支架 小头 80 宽的松木椽间距 200 两端固定于梁和柱上的保温层支架 1.036 户门铝合金中空玻璃推拉门3.23.78 南窗铝合金中空玻璃3.211.24窗户 北窗塑料中空玻璃窗2.61.8 地面铺设 50 厚聚苯板上铺 100 厚混凝土砂浆 局部二层采用型钢上铺 100 厚混凝土砂浆 下面镶嵌 50 厚聚苯板 0.471.28 建筑体积V0=320.76 二、二、太阳房和对比房的热负荷计算太阳房和对比房的热负荷计算 1、 建筑所在区纬度为：北纬 35o39/；采暖期从 10 月到次年的 4 月，各月的采暖度数值 DD14 列于下面表中。 2、 计算太阳房净负荷系数 NLC、对比房总负荷系数 TLC。数据见下。 表中冷风渗透系数 nVPaCp 中， n-换气次数，太阳房 n =0.5h-1,对比房 n=0.5h-1; V-房间体积，m3,V=0.6V0=192.47 Pa-室外空气密度，取 pa=1.252kg/m3; Cp-空气定压比热容，取 cp=0.28 注：参考 DBJ24-8-87。民用建筑节能设计标准山西省实施细则 由此可得太阳房的净负荷系数 NLC NLC=24*（3.6（36*0.8+71.28*0.4+1.8*2.6+1.35*3.2+36.14*2*0.52+30.24*0.52） +0.5*192.47*1.252*0.28）=11.136MJ/( o c .d) 对比房的总负荷系数 TLC TLC=3.6*24（36*1.0+9.89*3.2）+NLC=16.98 MJ/( o c .d) 3、计算太阳房的 Sm以及对比房的 S c, b, m值，列入下表项中： Sm=XM Ag AaM Sot XM 玻璃窗的有效透光系数 取 XM =0.75 Xc, b, m =0.75 Ag，=8.1 +36 =44.1 Ac, b, m =8.1 Aa 计算如下 房间内墙、顶棚面积 36.14*2+36*2=144.28 白色粉刷的反射系数 0.52 地板面积 71.28 反射系数 0.3 P w的反射系数 0.47 那直接受益式太阳房内表面的有效太阳能吸收系数为 Aa =(1-Pw)/(1-Pw)+ P w(1-Pc)A0 /Aw =0.67 因此对比房的内表面的有效太阳能吸收系数为 0.8，并且因为玻璃幕墙同水平面成三十 度角，所以查比例系数为 1.4,所以太阳房月太阳有效得热量 4） 因此 Sm=1.4 XM Ag Aa M Sot =31.02 M Sot S c, b, m = XM Ag Aa M So =4.86M Sot 5）计算太阳房的 SLR: Qnet，m =NLC * DD14,M =11.136*(570+398+220+6+50+285+505) =22650.624 MJ/( o c .d) SLRM = Sm /(TLC*DD14,M ) 6）查 SHF-SLR 曲线求 SHFM 对于直接受益式，且设有夜间保温帘（热阻为 0.86m2.0C/W）,根据李书 P56 页图 6-3 的 曲线 2 查出 SHFM 7）太阳房月供热量 Q a u x, m 计算直接受益式的 1-SHFM 计算Q a u x, m =（1-SHFM ）*（TLC*DD14,M ) 计算Q a u x,q =Q a u x, m 8）计算太阳房的节能率与节能量 计算对比房的 SM= Xm Ag,c,B Sota,cM=4.86 Sot M，列入表； 计算对比房总负荷 Qt,M= TLCBDD14，M，列入表； 计算对比房的 SLRM=S M/（TLCDD14，M） ，列入表； 根据李书的图 6-4 的曲线查对比房的 SHFM，列入表； 对比房月辅助热量 Qaux, M Qaux, M=(1-SHF c,B.,M)Qt,M，列入表 4 第(18)项。 对比房月辅助热量 Qaux, q Qaux, q=Qaux,M =32220 MJ 计算太阳房采暖期的节能量 Qaux, q Qauxq=Qaux, q Qaux,q=32220-8891 =23329 MJ 计算太阳房采暖期的节能率 ESFg ESFg=Qaux q / Qaux, q =23329/32220=72.4% 三、太阳房与对比房辅助热量计算表三、太阳房与对比房辅助热量计算表 序 号 项目符号单位1 月2 月3 月4 月10 月11 月12 月备注 1每月 天数 Md31283130313031 2月度 日值 DD14,Md570398220650285505查附 A.2 直 接 受 益 3透过玻璃 以及玻璃 吸收后进 入室内的 Sot kJ/( m2d ） 1011 5 8834743357988788986910046 总日射月 平均日辐 射量 4月太 阳有 效得 热量 SM MJ 9726767371475396845191849660 5月净 负荷 Qnet,MMJ 63474432244966.81556.83173.65623.68 6月得 热负 荷比 SLRM 1.531.732.9280.7715.22.891.72 7月太 阳能 供暖 率 SHFM 0.650.70.91.01.00.890.7 式 8月辅 助热 量 QauxMMJ 33872027373.56 005322572 9月太 阳有 效得 热量 Sc,B,MMJ 152411581078814127513861457 10月总 负荷 MJ 96786758373510284948398574 11月得 热负 荷比 SLRc， B,M 0.1570.1710.2898.001.50.2860.170 12月太 阳能 供暖 率 SHF c，B,M 0.030.040.11.00.650.10.04 对 比 房 13月辅 助热 量 Qaux, c，B,M MJ 938864883361029743558231 四、结论四、结论 这次对晋南农村传统双坡硬山屋顶进行的太阳能改造，主要把南向传统的小圆瓦改造 成 12mm 厚安全玻璃组成的玻璃幕墙，还有就是利用原有的椽木加设了夜间保温帘，以及 通过加强对窗、墙、屋顶构件的保温。对充分利用太阳能，减少建筑的能耗，有着显著作 用，太阳房的采暖期的节能率 ESF=72.4%。这还是仅仅是完全被动式太阳能采暖，利用建 筑本身已有的构造，完全可以加上主动式太阳能辐射热水采暖系统，这样，完全可以达到 零能耗建筑的水平，并且加上热水辐射采暖系统之后，房间本身的热稳定性能也会提升， 更增加了居住的舒适性。 本次住宅太阳能改造当中的构造本次住宅太阳能改造当中的构造： 构造措施一、 充分利用原有建筑的椽木结构，原有椽木，小头直径 80，间距 200，房间 跨度 7200，因此保温帘的宽度设置成 1200，在保温卷帘的展开与布置上， 与卷闸门相似。再离地面 1500 处设置一绞盘，外表同室外运动设施当中的 圆盘相同，充分适应使用者是老年人的特点。即是日常活动，又是必要的 节能措施。关于相关装置的时间控制问题，在冬天，当地人出行基本是日 出而作，日落而息。相关操作时间只需要十分钟左右，并不会增加专门人 员控制。 构造措施二、利用房屋本身的构造，设置 10 平方米的真空平板热水器，同地板热水辐射采 暖系统结合，优越性更佳。 构造措施三、关于农村住宅太阳能改造当中的材料本地化。本次地板热水辐射采暖构造是 50 厚聚苯板上设 100 厚细石混凝土，在本地化上完全可以采用一定厚度的麦 秆或木屑，上铺夯实粘土。为了防止麦秆或木屑等有机物腐烂丧失保温功 能及隔潮功能，可以用塑料袋装的麦秆和木屑，防腐及隔潮性能更好保存 年限更是能大幅度延长。夯实粘土的蓄热系数 12.99，细石混凝土式 13.50，苯板的导热系数 0.047，麦秆和木屑的导热系数 0.093，但无论从产 量、价格还是材料来源的广泛性以及施工的操作可能性，本地化材料显然 更具优势。 在这次改造中，业主的主要意见集中于对房屋用途上，这幢建筑本身是夏天热时才住 的房子，因此，不仅仅是冬天的采暖，还有夏天的降温技术。 构造措施一、 房屋原来本身构造上有一钢筋混凝土的平台，原本用途是夏天晒粮， 随着农业机械化的普遍，平台基本上已经丧失原来用途，因此，在夏天极热时间段里，可 以在白天注上水，晚上放水措施。不仅可以明显降低室外综合温度，还可以利用水分蒸发 的潜性降温。 构造措施二、利用业主自身拥有的地下室果窖、水窖，设置水盘管通过深埋于果窖下 的埋管带来的低温水传给房间地板下的埋管进行冷端辐射，来给房屋降温。由于地下室最 低处-4.2m，空气含湿高，在夏天可以直接用于给房间供气，充分利用隐性降温。 对于山村及农村基本上有一个问题就是水资源缺乏，因此都有一个水窖用来存储雨水 以及生活用水，我们的地热系统完全可以应用这一点，不用深井来取和存水，在山村及农 村基本上房建用地不缺，因此我们可以布设水平式埋管系统，利用水窖来进行热交换，并 且可以采用金属等热交换系数高的材料来减少埋管长度。 构造措施三、在保温卷帘向阳的一面设置 3mm 厚的金属板，当夏天白天保温卷帘关 闭的时候，金属显然可以提高空气温度，增强空气流动。保温板可以随同金属板一同卷放。 根据 PMV-PPT 曲线图，当室温为 300C 时，气流