应用太阳能空气集热器采暖的效益分析

1、应用太阳能空气集热器采暖的效益分析李勇,许淑惠(北京建筑工程学院,北京,100044摘要:本文主要是对农村住宅采暖能耗进行对比分析,即当农村住宅采用太阳能空气集热模块前后的采暖能耗变化的情况和经济性分析。关键词:太阳能空气集热器;农村住宅;采暖能耗;经济性分析1农村住宅建筑能耗模拟分析住宅建筑热环境模拟工具包(简称“DeST-h”主要用于住宅建筑热特性的影响因素分析、住宅建筑热特性指标的计算、住宅建筑的全年动态负荷计算、住宅室温计算、末端设备系统经济性分析等领域。利用建筑能耗模拟软件DeST-h模拟农村住宅冬季采暖能耗,DeST可以模拟计算出建筑采暖季逐时热负荷等相关数据。首先,虚拟一北方农村

2、住宅,该住宅的建筑平面图如图1-1。建筑位置正北朝南,住宅内包括主、次卧室、客厅、厢房、厨房等。住宅高度为 3.6米,共一层,住宅屋顶为预制水泥板结构平屋顶,外墙为红砖外墙,门窗尺寸见下图。 图1-1 模拟农村住宅建筑平面图该建筑是在不设有任何其他空调系统的情况下进行能耗模拟的。能耗模拟季节设定为:采暖季开始日期11月15日,采暖季结束日期3月15日。模拟结果如下表:姓名:李勇;出生年月:1986年5月;最高学历:硕士;职务:10届在读研究生;邮政编码:100044;通讯地址:北京市西城区展览馆路1号3#楼325室;联系电话:134*;E-mail:aaly_110表1-1 建筑能耗模拟负荷统

3、计表统计项目单位统计值建筑面积m2107.59建筑负荷统计全年最大热负荷kW 24.59全年累计热负荷kW·h 10095.96建筑负荷面积指标全年最大热负荷指标W/m2228.58全年累计热负荷指标kW·h/m293.84建筑分季节负荷指标采暖季热负荷指标W/m228.512节能性分析我们所设计的太阳能空气集热模块具体参数为型模块、倾角60°、流量20m3/h。该工况下集热模块的有效集热面积为0.75m2,当天最高空气得热量为239W/m2,平均空气得热量180W/m2,全天平均集热效率为70%。为研究所设计太阳能空气集热模块应用于建筑中能够达到的节能率,按不同

4、结合方式分类,将上述实验的太阳能空气集热模块应用于模拟建筑中。其中,集热模块倾斜60°时占地面积为0.4 m2,是集热器有效集热面积的0.5倍。该住宅一天中采暖总热负荷与集热模块所提供热负荷大小比较情况见下图:一、太阳空气集热器放置于住宅平屋顶上,屋面占有率11%,总的集热面积约为24 m2。 图2-1 建筑热负荷与集热量比较图由图2-1可见,当放置于屋顶集热器的屋面占有率达11%时,晴朗无云天气,11:00至14:00时段之间太阳辐射强度很大,太阳能空气集热器吸收采集的热量完全可以满足住宅室内热负荷需求。相反,10:00之前与15:00之后时间段,太阳辐射强度大幅减弱,此时太阳能空

5、气集热器吸收采集的热量无法完全满足室内热负荷需求,但是集热量已经达到热负荷总量的50%。此时,太阳能若作为辅助热源最大可以节省50%的能源消耗。二、太阳空气集热模块放置于住宅平屋顶上,屋面占有率25%,总的有效集热面积约为50m2。 图2-2 建筑热负荷与集热量比较图由图2-2可见,当放置于屋顶集热器的屋面占有率达11%,达到饱和时,晴朗无云天气,10:00和15:00左右时段太阳辐射强度低于其他时段的太阳辐射量,但太阳能空气集热器吸收采集的热量可以满足当时住宅室内热负荷需求。同时,10:00与15:00之间时段,太阳辐射强度最大,太阳能空气集热器吸收采集的热量不仅可以完全满足室内热负荷需求,

6、而且集热量已经超出了室内热负荷总量的1倍还多。此时,太阳能可以完全不借助其他热源供热,超出的1倍多热量则可以通过建筑中蓄热系统储存起来,以提供晚上室内的采暖需求,达到节约能源的目的。3太阳能空气集热器经济性分析太阳能空气集热器使用材料主要有高透射玻璃、塑钢框、不锈钢板、铝板、保温材料聚氨酯、风机等。实验设计集热器每平米价格约为3000元,按上述分析在11:00至14:00时段要完全满足冬季采暖热负荷需要的集热器总面积为24m2,整个建筑集热器总价格为96000元,使用寿命一般在50年以上。暖气片每年3.3-20元/平米,使用寿命8-15年。集热器放置于建筑屋顶,在室内空间上可以节省暖气片所占室

7、内3%左右的使用面积,此处约占有2.3m2,按照单价2000元/平米,该住宅可节省4600元。目前,一个采暖季的采暖燃气费约30元/建筑平米,模拟的107.6平米住宅就需要3228元。按上述价格可以得出在农村107.6平米的住宅使用暖气片采暖每年耗资高达7893元,而且暖气片的使用年限较集热器要短很多,期间更换暖气片装置和操作也需要耗费许多人力物力。采用太阳能空气集热器后该住宅平均每年耗资1920元,抛去管材费和风机等设备的费用,每年可以节省约5000元采暖费。另外,使用太阳能空气集热器还有在50年内无需考虑设备换新的优势。实际运用还能根据情况考虑材料的预算问题,如实验中采用的高透光玻璃若改成普通玻璃,透射率也能达到90%。玻璃盖板周围边框若改成铝合金,费用也能有所下降,这些都可列入后续研究的内容中。参考文献1燕达, 谢晓娜, 宋芳婷等. 建筑环境设计模拟分析软件DeST第1讲建筑模拟技术与DeST发展简介J. 暖通空调. 2004, 34(07:48-56.2