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严寒地区典型村镇住宅的太阳能供热采暖系统设

时间:2010-12-21 19:47来源:未知 作者:admin 点击:
西安建筑科技大学 邓带丽 李安桂 摘要:村镇太阳能的有效利用方式与气候区及建筑形式密切相关。本文以太阳能资源区划指标Ⅲ类(太阳辐照量4200~5400MJ/(m2a)、属严寒气候区的沈阳市

西安建筑科技大学 邓带丽 李安桂

摘要:村镇太阳能的有效利用方式与气候区及建筑形式密切相关。本文以太阳能资源区划指标Ⅲ类(太阳辐照量4200~5400MJ/(m2•a)、属严寒气候区的沈阳市所辖的典型村镇建筑形式为例,根据当地村镇的经济收入和典型建筑面积和构造形式,设计了太阳能热水系统(方案一)和供暖系统,其中采暖系统考虑室内采暖设计温度分别为18℃(标准型)和室内设计温度为10℃(基本型)的两种采暖模式;以便居民根据自己经济情况任选其一。并通过经济性分析得出方案一、方案二在利用当地太阳能方面的经济效应差异之处。

关键词 典型村镇住宅、太阳能供热采暖系统设计、 经济性分析
0 引 言
村镇太阳能的有效利用方式与气候区及建筑形式密切相关。我国太阳能资源丰富,年平均太阳辐射在3340~8400MJ/m2,年日照时数超过2200h的地区约占全国国土面积的2/3以上[1]。同时我国疆域广阔,气候多样,因地域、气候和生活方式不同而异彩纷呈的多种建筑形式。本文以太阳能资源区划指标Ⅲ类(太阳辐照量4200~5400MJ/(m2•a) [8],属严寒气候区的辽宁省沈阳市东陵区朝鲜族的典型住宅为例,对其进行供热采暖系统设计。
1 典型建筑的基本概况
沈阳市东陵区处于我国东北地区,月平均最低气温达-12℃,属严寒区,采暖期长达151天,采暖负荷占整个建筑负荷的60%。沈阳市的太阳能水平面年辐射量在5000-5400 MJ/㎡,年日照时数在2200-3000h,属于Ⅲ类太阳能资源区[8]。
本设计中所选建筑是沈阳市典型的建筑形式[5],如图1-1所示,底层采用传统的布局形式,以满足老年人对传统环境的喜好,为了合理的利用太阳能将主要功能房间布置于南向,同时考虑充分利用太阳能,加大南向窗面积,以及添加阳光间,作为冬季。在组合形式上,为了节能省地,本建筑取缔了独院式建筑布局形式,选择4-6户相连的组合式布局。本图选择联排式中冬季最不利的一户为例。
由于经济条件的差异辽宁省村镇建筑的结构形式多样,其中砖混结构占主要部分[2],根据《辽宁省民用建筑节能设计标准实施细则》DB 21/1007-1998(采暖部分)规定,建筑维护结构的基本信息如表1-1.

(a)一层平面图 (b) 二层平面图
图1-11 典型住宅
表1-1典型住宅维护结构基本信息[6]
外墙材料层 厚度 导热系数 热阻 总传热系数W/(㎡、K)
(mm) W/(m、K) (㎡、K)/W 0.49
白灰砂浆 20 0.81 0.02
承重空心砖墙 240 0.58 0.41
聚苯板 80 0.05 1.6
承重空心砖墙 120 0.58 0.21
水泥砂浆 20 0.93 0.02
屋顶材料层 厚度 导热系数 热阻 总传热系数
(mm) W/(m、K) (㎡、K)/W W/(㎡、K)
防水层 10 0.17 0.06 0.44
水泥砂浆找平层 20 0.93 0.02
干炉渣找坡 100 0.435 0.23
水泥聚苯板 80 0.081 0.99
加气混凝土条板 200 0.25 0.8
混合砂浆抹面 20 0.87 0.02
带玻璃阳台外门双层金属框 3.26
单框二层玻璃窗 3.49
双面抹灰24砖墙 1.72
2 热负荷
2.1 生活热水负荷
根据《建筑给排水设计规范》GB50015-2003的规定,住宅建筑中当有集中热水供应和沐浴设备时,每人每日最高日用水定额为60~100L[3],农村地区用水相对较少,取小值60L。考虑目前农村家庭总人数为4人,则总热水量为240L/d.
根据《建筑给排水设计规范》GB50015-2003的规定,热水系统的热水供水温度宜控制在55~60℃为好。温度超过60℃,管道易结垢及腐蚀,温度低于55℃,不易杀死水中的各种细菌。但太阳能集热器在低温状态下的热效率高,其在热水出水温度为45℃时,热效率最高。而对于生活热水使用的水温一般为37-45℃,且采用地板辐射的末端散热系统,热水温度一般为35-55℃较合适[1],因此在此选择集热器出水温度时采暖地区为45℃。由于沈阳市农村饮水多取自井水,年平均水温在6-10℃[3],取中值8℃热负荷按式(2.1.1)计算:
(2.1.1)
式中 Qh——设计小时耗热量, J;
m——用水计算单位数,人数或床位数;
qr——热水用水定额,L/人.D或L/床.d等。
C——水的比热,c=4187J/(Kg.℃);
tr——热水温度,一般取tr=60℃;
tL——冷水温度,沈阳地区取8℃;
——热水密度,Kg/L。
则日生活热水负荷为37.18MJ,各月热水负荷如表2-1。
表2-1 各月生活热水负荷 单位:MJ
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
生活热水负荷 1153 1041 1153 1115.4 1153 1115.4 1153 1153 1115.4 1153 1115.4 1153 (责任编辑:冲锋)

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