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．西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都610039；2．西华大学电气与电子信息学院，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。通过与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。

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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:37706867@qq.com

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并指出，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。通过与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，既可节省大量的常规化石能源，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，并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。通过与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。通过与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；如果遇到阴雨雪天或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结语

本文通过将太阳能供暖系统与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。

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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].制冷与空调，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.