太陽能地暖在綠色校園建筑中的應(yīng)用及節(jié)能分析

摘要：指出了建筑能耗占總能耗的比例越來越大，而太陽能等可再生能源的利用不僅可緩解能源的消耗速度，且清潔環(huán)保，太陽能地暖作為太陽能采暖系統(tǒng)最佳的方式，具有舒適、健康、不占用空間、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。以徐州地區(qū)某高校學生宿舍樓為例，利用Dest能耗模擬軟件分析了其冬季采暖能耗，在此基礎(chǔ)上計算得出了太陽能地暖系統(tǒng)的熱水量、集熱面積、節(jié)能量以及經(jīng)濟性等。

關(guān)鍵詞：太陽能地暖；綠色校園；節(jié)能

中圖分類號：G717

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）24-0121-03

1 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑能耗占總能耗的比例越來越大，能源的消耗與能源的有限性之間的矛盾越來越突出。可再生能源的利用是解決這一矛盾的有效措施。太陽能指太陽的熱輻射能，作為一種清潔的可再生能源，具有普遍性、方便性，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中，如太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能采暖系統(tǒng)等[1]。

低溫熱水地板輻射供暖，簡稱地暖，由于其熱媒溫度要求較低，一般不高于60℃，因此太陽能地暖是太陽能采暖系統(tǒng)最佳的方式，由太陽能集熱器、水泵、地面盤管等組成。太陽能地暖除擁有地暖舒適、健康、不占用空間等優(yōu)點外，更兼具太陽能利用中清潔、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點。因此，在太陽能輻照條件允許的條件下，盡可能地采用太陽能作為熱源，是一種非常節(jié)能環(huán)保地供暖方式。

高校建筑，特別是最具高校代表性的學生宿舍樓，由于是廣大學生生活起居的場所，人口密度相對較大，因此其用熱量大，且用熱較集中，利用太陽能作為主要熱源，節(jié)能效果非常顯著。本文以徐州地區(qū)某高校某學生宿舍樓為例，利用Dest能耗模擬軟件分析了其冬季采暖能耗。在此基礎(chǔ)上分析太陽能地暖系統(tǒng)的熱水量、集熱面積、節(jié)能量以及經(jīng)濟性等。

2 建筑概況

2.1 建筑簡介

以徐州市某高校學生宿舍樓為例，該建筑地上4層，層高3.6 m，建筑總高度14.4 m。建筑平面圖如圖1所示，其他概況參數(shù)如下：

建筑朝向：南；

建筑結(jié)構(gòu)類型：磚混結(jié)構(gòu)；

體形系數(shù)：0.21；

節(jié)能計算建筑面積：3849 m2，建筑體積：13856 m3。

2.2 建筑構(gòu)造與參數(shù)

2.2.1 圍護結(jié)構(gòu)基本參數(shù)

模擬參考建筑的圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表1。

2.2.2 室內(nèi)熱環(huán)境計算參數(shù)

依據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2015）的規(guī)定，宿舍樓室內(nèi)熱環(huán)境計算參數(shù)主要包含：

2.2.3 模擬參數(shù)設(shè)置

基于建筑實際狀況及用能模式，采用清華大學研發(fā)的公共建筑熱環(huán)境模擬工具包（簡稱DeST-C）能耗模擬軟件對建筑節(jié)能改造前后的不同狀況進行能耗模擬[2]。

計算選擇地點：徐州；

氣象參數(shù)選?。盒熘菔械湫蜌庀竽陻?shù)據(jù)是采用Medpha軟件生成的全年逐時氣象數(shù)據(jù)；

空調(diào)、供暖房間室內(nèi)溫度設(shè)置：冬季18 ℃、夏季為26 ℃；

室內(nèi)熱擾：主要包含人員熱擾、燈光熱擾和設(shè)備熱擾3個方面；

供暖、空調(diào)時其換氣次數(shù)按0.5次/h計算；

采用間歇空調(diào)模式進行能耗模擬計算，按照實際用能模式，空調(diào)、供暖日運行時間與室內(nèi)人員同步；

設(shè)定供暖期為12月1日至次年2月28日，空調(diào)日期為6月15日至9月15日。

寒暑假設(shè)定為：寒假1月15日至2月28日；暑假7月1日至8月31日。

3 DEST采暖負荷模擬

3.1 DeST建筑模型

根據(jù)前述建筑信息及參數(shù)，對所選典型建筑利用DeST進行建模，模型如圖2和圖3。

3.2 模擬結(jié)果及分析

通過DeST能耗模擬軟件進行模擬，得到宿舍樓冬季采暖熱負荷為253 kW，采暖熱指標為：65.7 W/m2。年累計熱負荷為23810 kW·h。

按照地暖設(shè)計供回水溫度為50/40 ℃，則可得本采暖系統(tǒng)的年熱水用量為：2047 t。日均用熱水量為：45 t。

4 太陽能地暖

4.1 太陽能地暖方案

本工程屋面為不上人平屋面，有利于太陽能集熱器的布置。將太陽能集熱器布置于屋面，鑒于供熱穩(wěn)定性的考慮，采用雙水箱系統(tǒng)。太陽能生產(chǎn)的熱水先至太陽能貯熱水箱，再至采暖供熱水箱。在采暖供熱水箱設(shè)置電輔助加熱，以滿足太陽能熱水水溫不滿足要求時加熱熱水的需求。地暖供回水溫度設(shè)計為50/40℃，供水管道由采暖供熱水箱接至室內(nèi)地暖系統(tǒng)，回水經(jīng)采暖循環(huán)泵回至熱水儲水箱[3]。系統(tǒng)示意圖詳見圖4。

4.2 集熱面積計算

本文采用直接系統(tǒng)。集熱器總面積計算如下[4]：

計算結(jié)果詳見表2。

5 節(jié)能及經(jīng)濟性分析

該宿舍樓地暖系統(tǒng)以太陽能熱水系統(tǒng)作為其主要熱水供應(yīng)方式，輔助加熱為電加熱，電費為0.5483元/kW·h?？紤]管路和水箱的熱損失率為20%，電的熱效率按95%計算。經(jīng)計算可得，太陽能地暖系統(tǒng)年節(jié)能量為393799MJ，年節(jié)電量為115146 kW·h，折合年節(jié)省電費6.31萬元。詳見表3。

6 結(jié)語

可再生能源的利用可以緩解能源與需求之間日益增長的矛盾。太陽能地暖除擁有地暖舒適、健康、不占用空間等優(yōu)點外，更兼具太陽能利用中清潔、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，是一種非常節(jié)能環(huán)保的供暖方式。從文中分析可得，作為高校建筑中最具代表性的學生宿舍樓，利用太陽能作為主要熱源，節(jié)能效果非常顯著。因此，在太陽能輻照條件允許的條件下，應(yīng)盡可能地采用太陽能作為熱源。

參考文獻：

[1]宋 健，綠色建筑可再生能源利用量化評價模型與實例應(yīng)用研究[D].天津：天津大學，2013.

[2]張麗娟、田國華，寒冷地區(qū)既有居住建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能改造對建筑能耗的影響[J].江蘇建筑，2016（4）：113～116.

[3]王賢君，太陽能熱水系統(tǒng)在建筑全壽命期的綜合效益評價研究[D].西安：西安建筑科技大學，2013.

[4]張麗娜， 張義智，等.太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能效益分析[J].能源技術(shù)，2007（4）：232～236.