太陽(yáng)能熱水用于房屋采暖的設(shè)計(jì)研究

石凱

摘 要：太陽(yáng)能熱水器作為一種綠色的能源科技產(chǎn)品，不僅緩解了當(dāng)前自然能源使用的壓力，也非常符合低碳環(huán)保時(shí)代的生活理念。本文針對(duì)太陽(yáng)能熱水應(yīng)用于房屋采暖的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究，旨在提高我國(guó)太陽(yáng)能利用率以及性?xún)r(jià)比。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水；房屋采暖；應(yīng)用設(shè)計(jì)；研究

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，太陽(yáng)能利用率以及性?xún)r(jià)比將會(huì)提升到新的層次，它的發(fā)展前景以及市場(chǎng)占有量十分可觀。但太陽(yáng)能也存在著一定的局限性，一方面在冬季時(shí)，太陽(yáng)輻射能量密度較低；另一方面，只有在白天的時(shí)候才能獲取太陽(yáng)能，而在夜晚或是陰雪天時(shí)需要通過(guò)輔助熱源才能確保全天候的采暖。因此，在太陽(yáng)能熱水設(shè)計(jì)應(yīng)考慮這些因素，從而保障太能陽(yáng)的利用率。

1 太陽(yáng)能熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

房屋采暖應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器應(yīng)考慮兩個(gè)基本點(diǎn)，一是要考慮太陽(yáng)能自身的特征，在提高太陽(yáng)能的利用以及獲取時(shí)需要通過(guò)必要的技術(shù)措施；二是降低太陽(yáng)能系統(tǒng)的使用成本，應(yīng)體現(xiàn)出太陽(yáng)能系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比，換言之就是在使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)花費(fèi)應(yīng)低于常規(guī)能源，才能達(dá)到低碳環(huán)保的目的。筆者經(jīng)過(guò)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能熱系統(tǒng)在這幾年的測(cè)試與運(yùn)行中，達(dá)到這兩個(gè)基本點(diǎn)是完全可以做到。在進(jìn)行室內(nèi)溫度計(jì)算時(shí)，應(yīng)確保其采暖期。另外，在計(jì)算采暖負(fù)荷時(shí)，還要確定室外溫度，若室外溫度過(guò)低，則會(huì)造成防太陽(yáng)能資源的浪費(fèi)，若計(jì)算過(guò)高則會(huì)造成室內(nèi)溫度無(wú)法保持。因此，室外計(jì)算溫度的合理設(shè)計(jì)是綜合型的問(wèn)題。根據(jù)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的使得規(guī)范得知，室外計(jì)算溫度為歷年平均不保證五天的平均溫度，這一項(xiàng)規(guī)定在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能采暖設(shè)施可以理解為采暖期最寒冷月份的供熱量，而非寒冷月份采用這項(xiàng)規(guī)定值則是富余，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的供熱量應(yīng)是減少的。

2 案例研究

“青海省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”其是在2010年至2011年住宅通用節(jié)能百分之六十五的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，在建筑耗煤量以及耗熱量的指標(biāo)如表1所示。

通過(guò)表1的分析發(fā)現(xiàn)，建筑采暖節(jié)能具有極大的潛力以及環(huán)保意義，在分析建筑耗熱量以及耗煤量的指標(biāo)中應(yīng)明確采暖期室外平均溫度值的意義和價(jià)值，其采暖期各月室外平均溫度的整體平均值如圖1所示。

在建筑物采暖期室外平均溫度的前提是要保持室內(nèi)計(jì)算溫度，在耗熱量指標(biāo)和耗煤量指標(biāo)中，要判斷建設(shè)物節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)就要計(jì)算房屋采暖期內(nèi)的能耗總量，才能計(jì)算出太陽(yáng)能熱系統(tǒng)對(duì)房屋能源的貢獻(xiàn)率。這兩項(xiàng)指標(biāo)作為建筑節(jié)能、經(jīng)濟(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，而房屋采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的計(jì)算中，其是建設(shè)采暖條件不利因素下配置供暖設(shè)施的依據(jù)，換言之是計(jì)算房屋采暖期能源總量的前者以及配置供暖設(shè)施能力的后者，這對(duì)房屋太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)施以及配置計(jì)算十分重要。

在圖1中的三項(xiàng)指標(biāo)當(dāng)中，其分別指導(dǎo)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在進(jìn)行建筑物采暖設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)、供暖能力配置以及各個(gè)階段熱能投入量。在對(duì)房屋采暖期室外平均溫度的耗熱量計(jì)算時(shí)，應(yīng)全面考慮最寒冷月份，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在最寒冷月份中的日照獲熱量達(dá)不到建筑物耗量標(biāo)準(zhǔn)，即采暖配置較小。但在采暖期進(jìn)行室外溫度設(shè)計(jì)計(jì)算建筑耗熱量并同時(shí)配置太陽(yáng)能熱系統(tǒng)，則在最寒冷月份的采暖期內(nèi)可以達(dá)到日照建筑所需的熱量，同時(shí)會(huì)使其他月份的采暖期以及采暖配置出現(xiàn)富余，因此會(huì)對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)建設(shè)的成本造成浪費(fèi)。為了使太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的投資費(fèi)用合理，筆者對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，在采暖期室外溫度計(jì)算時(shí)首先計(jì)算房屋耗熱量，并將采暖期內(nèi)各個(gè)月份的室外平均溫度進(jìn)行調(diào)整。如表2所示。

筆者根據(jù)建筑物計(jì)算耗熱量的公式計(jì)算耗熱量以及各個(gè)月份耗熱量參數(shù)，即調(diào)整后的耗熱量，選擇每月中耗熱量最大參數(shù)計(jì)算太陽(yáng)能集熱器的采光面積，如公式（1）。

公式（1）中的tcp表示月平均室外溫度（0C）；tn表示計(jì)算室外溫度（0C）；tm表示室內(nèi)計(jì)算溫度（0C）。

3 總結(jié)

在設(shè)計(jì)房屋太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的采暖時(shí)，應(yīng)根據(jù)以下要求：

①在調(diào)整房屋采暖負(fù)荷時(shí)應(yīng)根據(jù)表2進(jìn)行，并選擇最大值；②在調(diào)整太陽(yáng)能集熱采暖時(shí)應(yīng)根據(jù)表2各月的參數(shù)逐月計(jì)算，同時(shí)計(jì)算出室外平均溫度后得到太陽(yáng)能采暖期的總貢獻(xiàn)率；③室內(nèi)察看計(jì)算溫度應(yīng)選擇16（0C）作為普遍采暖方式；④太陽(yáng)能輔助加熱的設(shè)計(jì)在計(jì)算供熱能力時(shí)應(yīng)根據(jù)采暖熱負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行確定。

因此，在設(shè)計(jì)房屋太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)采暖時(shí)必須綜合考慮上述這四點(diǎn)要求，從而使太陽(yáng)能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)兼具經(jīng)濟(jì)性和效益性。

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