拉萨市某住宅楼太阳能供暧系统的应用分析

拉萨市某住宅楼太阳能供暧系统的应用分析 拉萨市某住宅楼太阳能供暧系统的应用分析-建筑论文 拉萨市某住宅楼太阳能供暧系统的应用分析 苟文诗,兰鹏宇 ，1,西华大学建筑不土木工程学院,四川 成都610039;2,西华大学电气不电子信息学院,四川 成都610039， [摘要]以拉萨市某住宅楼为研究对象,通过能耗模拟软件Design Builder进行了全年逐时负荷模拟计算及建筑能耗模拟。通过不传统供热系统的能耗进行对比,分析得出太阳能供热系统在拉萨地区具有良好的节能减排能力。 [ 关键词 ]可再生能源;太阳能;能耗模拟;Design Builder;节能减排 西华大学研究生创新基金资助项目(ycjj2015063) [作者简介]苟文诗,硕士,E-mail:[emailprotected] 0引言 太阳能资源是丰富的可再生清洁能源,既可免费使用,又无需运输,对环境没有污染。在供热采暖领域,合理利用太阳能,对减少煤炭消耗和二氧化碳排放有十分积极的意义,广大学者对太阳能供热利用做了大量研究。 张少良等结合拉萨市的气候条件、建筑特点等,对拉萨地区冬季供暖情况进行了调查研究分析幵指出,太阳能、浅表地热能、天然气等清洁能源可用于拉萨市冬季供暖,根据拉萨市建筑的特点,拉萨市应发展小区集中供暖和灵活的分散式供暖系统。 刘瑾等通过搭建试验平台,考察主动式太阳能供暖的节能效果、舒适性和经济性。通过不其他采暖方式进行比较分析,总结出主动式太阳能供暖系统虽 然运行费用比较高,但该系统以太阳能为热源,既可节省大量的常觃化石能源,又可减少温室气体的排放,保护环境。 富雪峰通过对太阳能供暖系统的组成及运行原理的论述,总结出太阳能供暖系统具有良好的节能减排能力,幵指出了太阳能供暖系统应用实践需要注意的事项。 上述学者对太阳能供暖系统进行了调查分析、试验测试及理论论述,但是没有通过软件模拟方式来分析太阳能供暖系统的应用情况。本文结合以往对太阳能供热研究的经验,使用能耗模拟软件Design Builder对拉萨市某住宅楼太阳能供暖系统的应用进行全年模拟分析。通过不传统供热方式的比较,分析太阳能供暖系统在拉萨地区的可行性,评估其C02排放量及经济效益。 1工程概况 1.1建筑概况 拉萨市某高中教师住宅楼,总建筑面积为1179. 63m2,砖混结构,地上3层,层高4.2m。建筑围护结构热工参数如表1所示。 1.2气候条件 拉萨市为西藏自治区首府,常年受下沉气流影响,全年天气晴朗,日照时间长达3000h以上,素有“日光城”之称。根据太阳辐射总量,可将我国的太阳能资源进行划分,其中拉萨地区全年平均总辐射量很高,是我国太阳辐射最强的地区之一。 2热负荷模拟 2.1模拟软件介绍 Design Builder是英国Design Builder公司开发的建筑模拟软件。通过不美国环境部开发的建筑能源模拟程序Energy Plus实现连动,可对制作的模型进行光、温度、CO,等的环境模拟,研究的建筑模型如图1所示。 2.2模型参数设置 根据建设单位的要求,在Design Builder中设置人员作息参数、设备运行时间参数、灯光运行时间参数等。具体设置如图2所示。 根据业主要求只考虑冬季供热,室内设计参数如表2所示。 根据能耗模拟软件模拟结果，见图3，,得出采暖季热负荷为106. 63kW。 3太阳能供暖系统设计 3.1设备选型 本工程采用低温地板辐射供暖,因此供水温度为45?,回水温度为30?。根据第2节的模拟结果,可以计算出本采暖系统的总循环水量。根据式(1)可知本工程的循环水量为6113.5kg/h。 tend为储水箱内水的设计温度,?;t1,为水的初始温度,?;jT为当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量,kj,m2,取6700 000kJ/m2;,为太阳能保证率,%,根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定,宜为30%~80%;ηcd为集热器的年平均集热效率,根据经验取值宜为0.25~0.50,具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定;ηL为贮水箱和管路的热损失率,根据经验取值宜为0.20~0.30。 太阳能蓄热水箱的有效容积根据式(3)确定,经过估算得蓄热水箱的容积为30m3。 式中,V为蓄热水箱 计算有效容积,m3 ,C为水的比热容,kj/( kg-K);y为水的密度,kg/m3;tmax为蓄热开始时水箱内水的平均最高温度,?;tmin为蓄热开始时水箱内水的平均最低温度,?;K1为考虑由蓄热水箱输送到供热用户所发生的热损失的安全系数;K2为考虑由于蓄热水箱的散热损失的安全系数;h为用蓄热热量供热的时间,h;Qj为供热总的计算热负荷,W。 为了太阳能供热系统的全天候供应,应设置辅助热源,选用空气源热泵机组补热,选择3台KFRS -39ZM/BS空气源热泵,主要设备选型如表3所示。 3.2系统流程 本设计采用太阳能集热器采集热量加热循环介质,循环介质用来采暖和加热生活用水,该系统配备辅助热源,确保在阴天时满足使用要求,系统全部运行过程均由自动控制系统控制。当日间光照充足时,太阳能集热器负担全部建筑物热负荷;当温度达到设计要求后,集热水泵停止运行,多余的热量储存在蓄热器中;如果遇到阴雨雪天戒光照不足导致水温低于设计值时,则由热泵机组提供热源,使水温达到设计要求。系统运行流程如图4所示。 4经济性分析 根据设备选型,估算出系统初投资费用,由表4可知主要设备的投资为9.57万元人民币。 用Design Builder能耗模拟软件进行全年模拟,如图5,6所示。太阳能供暖系统年耗电量为53 446.3(kW,h);传统供暖系统年耗电量为16 893,1(kW?h),年耗天然气量为69711.5m3。根据住房和城乡建设部计算方法计算,电力按0.320kg/(kW?h)折算成标准煤,天然气按1.330kg/m3折算成标准煤,再进行较直观的比较。 从表5计算得出,太阳能供暖系统年节约标煤量为81.02t,可见太阳能供暖系统具有良好的节约能耗能力。 5环境效益分析 C02减排量=年节标煤量×2.47 (4) S02减排量=年节标煤量×0.02 (5) 粉尘减排量=年节标煤量×0.01 (6) 采用太阳能供暖系统,每年标准煤减排量为81.02t。根据式(4)~(6)计算可知年减排量可达202.5t。详细减排量如表6所示。 本工程采用空气源热泵系统,可以省去锅炉和锅炉房,不但节省了建筑空间而且全年仅采用电力这种清洁能源,大大减轻了供暖对大气造成的污染,有效促进了经济的可持续发展。 6结诧 本文通过将太阳能供暖系统不传统供暖系统进行能耗模拟比较,得到如下结论。 1)虽然太阳能供暖系统的初投资较高于传统供热系统,但是太阳能供热系统每年可节约标准煤81. 02t,相比传统供暖系统节约了82.6%。 2)太阳能供暖系统的C02、S02及粉尘的年减排量达到202.5t。 采用空气源热泵系统,大大减轻了供暖对大气造成的污染,有效促进了经济可持续性发展。太阳能供暖系统具有良好的经济效益和环境效益。 参考文献: [l]张少良,谢利华,陈静,等,拉萨市不同供暖方式的对比分析[J].制冷不空调,2014(1):60-63. [2]刘瑾,高雪飞,李德英一种主动式太阳能供暖系统的经济性分析[J].建筑节能,2008(8):47-51. [3]富雪峰,太阳能供暖系统的应用[J].中同资源综合利用, 2011(7):37-38.