论文部分内容阅读
截止2016年年末,新疆地区仍有1239万人居住在乡村,建筑形式主要为面积不超过300m2且层数不超过3层的独立而分散的小住宅形式。小住宅通常无集中供暖,采取户用燃煤锅炉“土暖气”供暖,这种供暖方式不仅燃煤效率低下,而且室内热舒适度差,还会对住区环境造成污染。新疆地区太阳辐射资源丰富,目前对于太阳辐射与建筑结合的研究主要为被动太阳房及主动式太阳能供热水方面。本文主要研究主被动结合式太阳能采暖系统,高效利用太阳辐射能,应用于小住宅建筑,缓解采暖期对燃煤的依赖程度,为新疆地区大力开发利用太阳能资源提供一定的实践参考。基于以上分析,本文主要进行了如下工作:（1）选取一幢普通小住宅作为本课题的研究对象,采用DEST-H建模,计算出该小住宅冬季采暖热负荷的基础数据;（2）将选取的小住宅进行被动式太阳房设计改造:增设外围护保温体系,安装被动式太阳能集热墙系统。根据集热墙空气间层内部的传热分析,结合空气间层循环得热量数学模型,采用正交实验的方法进行被动式太阳能集热墙设计;（3）在被动太阳房基础上,增设真空管型太阳能集热器及空气源热泵供暖系统,完成主被动结合式太阳能采暖系统的设计。选取低温地板辐射供暖为供暖末端,供暖系统通过室温控制模式进行运行控制。（4）对改造完成的小住宅—主被动结合式太阳房进行试验测试;（5）分析主被动结合式太阳房的节能减排效果。通过本项目研究工作的开展,本课题结论如下:（1）DEST-H建模计算普通小住宅累计全年热负荷为15008.88KW·h,热负荷指标值为37.65W/m2;（2）理论分析结合正交实验设计集热墙系统:通风孔直径150mm,空气间层厚度100mm,上、下通风孔间距2.4m;（3）编程计算石河子地区采暖期太阳能集热器安装倾斜角最佳为47.6°,ECOTECT模拟可知对应的采暖期日均辐射值为2755.7 Wh/m2。TRNSYS模拟结合太阳能保证率、经济性分析,太阳能集热器面积取为24m2。通过PHOENICS模拟软件建模分析,地板辐射供暖较暖气片供暖,室内空气温度自下而上分布更加均匀,供暖末端选取为地板辐射供暖;采用室温控制模式对采暖系统进行控制;（4）测试结果表明,采暖初、末期晴朗天气情况下,主被动结合式太阳房依靠太阳能集热器系统及集热墙系统即可满足供暖要求,空气源热泵作为辅助热源无需开启。采暖中期,室温控制模式造成空气源热泵工作时间不固定,采暖耗电量较大,针对这一问题本文提出了时间控制模式,并根据采暖热负荷对时间控制模式进行了设计,采用时间控制模式的主被动结合式太阳能采暖系统较传统的燃煤锅炉供暖方式一天内可节约用电量5.37 kWh,节能率为6.72%;（5）主被动结合式太阳能采暖与传统的土暖气供暖相比,平均每天节约电能5.37 kWh,相当于每天减少CO2排放量为5.35 kg,整个采暖中期可减少CO2排放量为481.5 kg。主被动结合式太阳能采暖系统不仅有经济性方面的优势,更具有显著的节能减排效果,可广泛应用于新疆以及北方地区小住宅建筑中。