西安建筑科技大學 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和保溫要求組合條件的采暖負荷；研究了拉薩多層居住建筑熱負荷隨窗墻面積比變化規律，以及單層傳統民居在不同保溫狀況及有無附加陽光間時的熱負荷。結果表明：各地的太陽輻射強度決定地區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。若對拉薩單層傳統民居采取保溫措施，并設置陽光間，可明顯降低主動太陽能采暖集熱器面積。 關鍵詞： 居住建筑，采暖，太陽能保證率，熱負荷 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]。我國西北地區屬于一二類太陽能密度劃分區，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計并測試其室溫，表明該系統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各子系統參數計算分析，提出以太陽能為采暖熱源時應注意的問題；文獻[4]在設計了太陽能供暖系統，并測試水箱溫度場、速度場，從而驗證模擬分析結論。以上研究對我國太陽能采暖的應用和推廣都起到了積極作用，但目前對西北地區太陽能采暖適用性，尤其是各地太陽能采暖保證率能達到什么程度尚未見系統性的研究。工程設計人員亦缺少相關設計指導意見。 本文擬通過數值模擬研究西安、西寧及拉薩地區在不同保溫程度，南向窗墻面積比和層數等組合條件下的建筑熱負荷變化，以期得到以上參數對太陽能采暖保證率的影響規律。 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，根據文獻[5]：
(2) 其中 為集熱器面積，m2； 為熱遷移因子，即實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，W/ (m2•℃)； 、 分別為進入集熱器流體溫度、室外空氣溫度，℃。 為供給建筑的熱負荷，W，根據文獻[5] (3) 其中， 為系統水流量，kg/s； 為比熱容，J/(kg•℃)； 、 分別為采暖系統供、回水溫度，℃。 2 實例模擬分析 利用DeST軟件輸入每組模擬條件，包括氣象參數、保溫狀況、樓層及室內溫度設定值等，得建筑熱負荷，得出典型日建筑熱負荷曲線；由各地太陽輻射強度條件計算得出得有效太陽輻射量曲線。計算中，供熱系統熱量損失取20%[6]，集熱器效率取0.5[7]。利用Origin軟件對以上曲線圖進行擬合積分，得到典型日各條件下建筑負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律。 2.1 分析條件 以某典型住宅為模擬對象，建筑層數分別取為二層、四層及六層，每層平面圖相同（見圖1）；拉薩單層傳統民居平面圖見圖2。建筑圍護結構熱物性參數見表1。 圖1中除儲藏室、陽臺、樓梯間，圖2中除食物儲藏室，其余房間均為連續采暖。在模擬過程中外窗設置窗簾，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，室內采暖設計溫度為18℃。 2.2計算結果 通過模擬得出了在現行節能標準（節能50%）和達到65%節能要求，窗墻面積比分別為0.3、0.35、0.5、0.7，建筑層數分別為0.3、0.35、0.5、0.7，建筑層數分別為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荷變化規律。 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單層民居太陽能采暖保證率及集熱器實際鋪設面積變化規律。限于篇幅，文中只給出部分條件下的建筑熱負荷變化規律模擬結果，見圖3，4。根據模擬結果，將太陽能采暖保證率隨各參數的變化規律總結于表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 節能50% 節能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 節能要求 50%節能 65%節能 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% |
