西安建筑科技大學(xué) 劉艷峰 魚亞麗 孔丹 摘要：分析了拉薩、西安和西寧三地居住建筑在不同層數(shù)和保溫要求組合條件的采暖負(fù)荷；研究了拉薩多層居住建筑熱負(fù)荷隨窗墻面積比變化規(guī)律，以及單層傳統(tǒng)民居在不同保溫狀況及有無附加陽光間時的熱負(fù)荷。結(jié)果表明：各地的太陽輻射強(qiáng)度決定地區(qū)間的太陽能采暖保證率差別；太陽能采暖保證率隨樓層減少、南向窗面積增大而升高。若對拉薩單層傳統(tǒng)民居采取保溫措施，并設(shè)置陽光間，可明顯降低主動太陽能采暖集熱器面積。 關(guān)鍵詞： 居住建筑，采暖，太陽能保證率，熱負(fù)荷 0 引言 我國建筑耗能占全國商品能源的21%～24%，其中采暖耗能占民用建筑總能耗的56%～58%[1]。我國西北地區(qū)屬于一二類太陽能密度劃分區(qū)，具有利用太陽能采暖條件。熊安華[2]對西藏政法委某住宅作太陽能采暖設(shè)計并測試其室溫，表明該系統(tǒng)日集熱量可滿足房間供暖要求；潘云鋼等[3]通過對拉薩火車站供暖系統(tǒng)各子系統(tǒng)參數(shù)計算分析，提出以太陽能為采暖熱源時應(yīng)注意的問題；文獻(xiàn)[4]在設(shè)計了太陽能供暖系統(tǒng)，并測試水箱溫度場、速度場，從而驗(yàn)證模擬分析結(jié)論。以上研究對我國太陽能采暖的應(yīng)用和推廣都起到了積極作用，但目前對西北地區(qū)太陽能采暖適用性，尤其是各地太陽能采暖保證率能達(dá)到什么程度尚未見系統(tǒng)性的研究。工程設(shè)計人員亦缺少相關(guān)設(shè)計指導(dǎo)意見。 本文擬通過數(shù)值模擬研究西安、西寧及拉薩地區(qū)在不同保溫程度，南向窗墻面積比和層數(shù)等組合條件下的建筑熱負(fù)荷變化，以期得到以上參數(shù)對太陽能采暖保證率的影響規(guī)律。 1 理論分析 太陽能采暖保證率是指集熱器所集有效太陽能熱量與供給建筑熱量之比，即： (1) 式中 為集熱器有效太陽能集熱量，W，根據(jù)文獻(xiàn)[5]：
(2) 其中 為集熱器面積，m2； 為熱遷移因子，即實(shí)際換熱量與最大可能換熱量之比； 為吸收面吸收的太陽輻照度，W/ m2； 為集熱器熱損失系數(shù)，W/ (m2•℃)； 、 分別為進(jìn)入集熱器流體溫度、室外空氣溫度，℃。 為供給建筑的熱負(fù)荷，W，根據(jù)文獻(xiàn)[5] (3) 其中， 為系統(tǒng)水流量，kg/s； 為比熱容，J/(kg•℃)； 、 分別為采暖系統(tǒng)供、回水溫度，℃。 2 實(shí)例模擬分析 利用DeST軟件輸入每組模擬條件，包括氣象參數(shù)、保溫狀況、樓層及室內(nèi)溫度設(shè)定值等，得建筑熱負(fù)荷，得出典型日建筑熱負(fù)荷曲線；由各地太陽輻射強(qiáng)度條件計算得出得有效太陽輻射量曲線。計算中，供熱系統(tǒng)熱量損失取20%[6]，集熱器效率取0.5[7]。利用Origin軟件對以上曲線圖進(jìn)行擬合積分，得到典型日各條件下建筑負(fù)荷累計總值和太陽輻射能量總值及，利用式（1）得到太陽能采暖保證率規(guī)律。 2.1 分析條件 以某典型住宅為模擬對象，建筑層數(shù)分別取為二層、四層及六層，每層平面圖相同（見圖1）；拉薩單層傳統(tǒng)民居平面圖見圖2。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱物性參數(shù)見表1。 圖1中除儲藏室、陽臺、樓梯間，圖2中除食物儲藏室，其余房間均為連續(xù)采暖。在模擬過程中外窗設(shè)置窗簾，其中南向窗簾21：00至次日早10：00打開。計算以2007年冬至日的室外氣象條件為基準(zhǔn)，室內(nèi)采暖設(shè)計溫度為18℃。 2.2計算結(jié)果 通過模擬得出了在現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)（節(jié)能50%）和達(dá)到65%節(jié)能要求，窗墻面積比分別為0.3、0.35、0.5、0.7，建筑層數(shù)分別為0.3、0.35、0.5、0.7，建筑層數(shù)分別為2、4、6層，以上不同組合條件下，拉薩、西安及西寧的建筑熱負(fù)荷變化規(guī)律。 另外，在不同保溫條件和有無附加陽光間時模擬得出了拉薩傳統(tǒng)單層民居太陽能采暖保證率及集熱器實(shí)際鋪設(shè)面積變化規(guī)律。限于篇幅，文中只給出部分條件下的建筑熱負(fù)荷變化規(guī)律模擬結(jié)果，見圖3，4。根據(jù)模擬結(jié)果，將太陽能采暖保證率隨各參數(shù)的變化規(guī)律總結(jié)于表2、表3及表4。 表2：各地太陽能采暖保證率 （南向窗墻面積比為0.35） Table 2 solar fraction in different city (southern window-wall ratio=0.35) 計算條件 節(jié)能50% 節(jié)能65% 2層 4層 6層 2層 4層 6層 拉薩 132% 73% 50% 170% 92% 64% 西安 45% 25% 17% 64% 29% 20% 西寧 32% 17% 11% 36% 19% 13% 表3：拉薩不同窗墻面積比下太陽能采暖保證率 Table 3 solar fraction under different southern window-wall ratio in Lhasa 節(jié)能要求 50%節(jié)能 65%節(jié)能 南向窗墻比 0.3 0.5 0.7 0.3 0.5 0.7 2層 129% 143% 155% 168% 171% 191% 4層 73% 81% 85% 92% 95% 104% 6層 50% 56% 59% 63% 66% 71% |
