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摘 要：在小型办公楼中应用太阳能电辅助加热系统供热采暖，以天津地区900m2的三层办公楼为例，计算热负荷和集热器面积，设计集热器安装方案，计算蓄热水箱体积。利用TRNSYS软件对本系统进行模拟，分析得出在采暖和生活热水方面均能满足用户需求，在节约能源和减少碳排放方面体现出了经济优势和环保效益。
关键词：太阳能；电加热；办公楼；TRNSYS；模拟
中图分类号：TU832；TU822；TU18
该建筑是一座新建的办公楼，位于天津市，高3层，层高3.6米，南北向，总建筑面积为900㎡，建筑外围护结构符合节能50%标准，建筑耗热量指标为20.5W/㎡[1]。采用地板辐射采暖，采暖季的室温需达到18℃以上，生活热水温度全年达到40℃以上。天津地区采暖期为120天；热水负荷设计最高日用热水定额取100L/人，平均日用热水量取5L/人/班。计算得采暖负荷和生活热水负荷总量为63000kJ。
1 集热器设计
集热系统采用平板式太阳能集热器，集热器集热面积计算公式为：
其中，Ac为直接式太阳能供热采暖系统总面积；QH为日平均采暖负荷；太阳能保证率f一般取0.3-0.8[2]；JT为当地采暖期在集热器安装倾斜面上的平均日太阳能辐射，天津地区为10586kJ/m2[3]，集热效率为0.47，系统平均集热效率ηcd一般取0.25-0.5；系统管道及储热水箱热损失率ηL一般取0.2-0.3[4]；集热器面积计算结果为242m2。采用太阳能集热器与建筑的一体化设计，使太阳能集热器作为屋顶或幕墙的一部分，减少地面占地面积，而且可以减少原有的建筑材料，进而降低建筑费用[5]。集热器选择正南放置，倾角为40度。将一部分太阳能集热器安装于朝南的幕墙或女儿墙，另一部分安装于楼顶。
2 蓄热系统设计
由于本项目侧重于冬季采暖，综合考虑造价和节能效果等因素，采用热水蓄水池的方式，蓄水池设置在冻土层以下。季节蓄热供热采暖系统对应每平方米太阳能集热器采光面积的蓄热水箱，水箱容积选取范围为1.6-2.0m3/m2[6]，考虑造价因素，取242*1.65=400m3。水箱使用聚氨酯等保温材料保温，底部不设保温。
3 系统效果模拟分析
采用TRNSYS软件进行模拟分析，在TRNBuild中设置相应参数。建立建筑模型和仿真模型。
地下蓄热水箱共分5层，采暖季水箱日平均温度达到40℃以上，最高达60℃以上，见图1。生活热水末端供水温度基本达到40℃以上，只有在1月下旬和二月上旬室外温度达到最低值时，生活热水稍低于40℃，但在6月初，在日照的影响下会上升到60℃以上，见图2；室温方面，8点到18点三层楼的室温基本均在18℃以上，见图3。
图1 水箱日均温度
图2 全年生活热水日均温度
图3 典型天三层楼的室内温度
4 系统能耗分析
整个系统采暖季包括生活用水在内COP基本集中在2-3之间，见图4，刚开始采暖时COP达到13.9，然后逐渐降低到1.8，因为开始供暖时水箱积蓄了春夏秋一年的热量，随着供暖季的时间延续，蓄热水箱中一年积蓄的热量基本耗尽，COP也逐渐趋于平稳。全年COP均值达到3.3。另外，本系统采用太阳能电辅助加热，自动化程度高，安全系数远高于燃气等辅助系统，初投资远小于地源热泵辅助系统，采暖季耗电量日均值达到606845KJ，见图5，约合每天耗电量达到168.6kWh，整个采暖季采暖电辅助方面需要电量19514kWh，约9756元，如果采用集中供暖，采暖费为900*25=22500元，每年经济节约达到1.3万元。
图4 采暖季系统COP
图5 整个供暖季日耗电量
5 结束语
（1）在天津地区采用太阳能电辅助采暖应用于小型办公楼是可行的。
（2）采暖季三层办公楼的室内温度基本都达到18度以上，全年有生活热水供应。
（3）全年包括生活用水在内COP均值达到3.3，系统性能良好。
（4）太阳能采暖系统采用可再生能源，每年可节约费用约1.3万元。
参考文献：
[1]JGJ134-2010.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].
[2]吕萍秋.太阳能采暖和热水组合系统的研究[J].甘肃科学学报，2009（01）：151-153.
[3]中国气象辐射资料年册[M].北京：国家气象中心出版，2001.
[4]赵世明，高峰.生活热水太阳能集热器面积的确定[J].中国给水排水，2009（20）：28-31.
[5]刘继者.热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统的研究[D].天津大学，2007.
[6]孙峙峰，徐飞.太阳能供热供暖系统季节蓄热水箱的计算机模拟分析[A].全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[C].北京：中国制冷学会，2008.
作者简介：逯彦红（1980.05-），女，河北人，讲师，博士，研究方向：新能源与节能技术。
作者单位：天津职业大学机电工程与自动化学院，天津 300410
关键词：太阳能；电加热；办公楼；TRNSYS；模拟
中图分类号：TU832；TU822；TU18
该建筑是一座新建的办公楼，位于天津市，高3层，层高3.6米，南北向，总建筑面积为900㎡，建筑外围护结构符合节能50%标准，建筑耗热量指标为20.5W/㎡[1]。采用地板辐射采暖，采暖季的室温需达到18℃以上，生活热水温度全年达到40℃以上。天津地区采暖期为120天；热水负荷设计最高日用热水定额取100L/人，平均日用热水量取5L/人/班。计算得采暖负荷和生活热水负荷总量为63000kJ。
1 集热器设计
集热系统采用平板式太阳能集热器，集热器集热面积计算公式为：
其中，Ac为直接式太阳能供热采暖系统总面积；QH为日平均采暖负荷；太阳能保证率f一般取0.3-0.8[2]；JT为当地采暖期在集热器安装倾斜面上的平均日太阳能辐射，天津地区为10586kJ/m2[3]，集热效率为0.47，系统平均集热效率ηcd一般取0.25-0.5；系统管道及储热水箱热损失率ηL一般取0.2-0.3[4]；集热器面积计算结果为242m2。采用太阳能集热器与建筑的一体化设计，使太阳能集热器作为屋顶或幕墙的一部分，减少地面占地面积，而且可以减少原有的建筑材料，进而降低建筑费用[5]。集热器选择正南放置，倾角为40度。将一部分太阳能集热器安装于朝南的幕墙或女儿墙，另一部分安装于楼顶。
2 蓄热系统设计
由于本项目侧重于冬季采暖，综合考虑造价和节能效果等因素，采用热水蓄水池的方式，蓄水池设置在冻土层以下。季节蓄热供热采暖系统对应每平方米太阳能集热器采光面积的蓄热水箱，水箱容积选取范围为1.6-2.0m3/m2[6]，考虑造价因素，取242*1.65=400m3。水箱使用聚氨酯等保温材料保温，底部不设保温。
3 系统效果模拟分析
采用TRNSYS软件进行模拟分析，在TRNBuild中设置相应参数。建立建筑模型和仿真模型。
地下蓄热水箱共分5层，采暖季水箱日平均温度达到40℃以上，最高达60℃以上，见图1。生活热水末端供水温度基本达到40℃以上，只有在1月下旬和二月上旬室外温度达到最低值时，生活热水稍低于40℃，但在6月初，在日照的影响下会上升到60℃以上，见图2；室温方面，8点到18点三层楼的室温基本均在18℃以上，见图3。
图1 水箱日均温度
图2 全年生活热水日均温度
图3 典型天三层楼的室内温度
4 系统能耗分析
整个系统采暖季包括生活用水在内COP基本集中在2-3之间，见图4，刚开始采暖时COP达到13.9，然后逐渐降低到1.8，因为开始供暖时水箱积蓄了春夏秋一年的热量，随着供暖季的时间延续，蓄热水箱中一年积蓄的热量基本耗尽，COP也逐渐趋于平稳。全年COP均值达到3.3。另外，本系统采用太阳能电辅助加热，自动化程度高，安全系数远高于燃气等辅助系统，初投资远小于地源热泵辅助系统，采暖季耗电量日均值达到606845KJ，见图5，约合每天耗电量达到168.6kWh，整个采暖季采暖电辅助方面需要电量19514kWh，约9756元，如果采用集中供暖，采暖费为900*25=22500元，每年经济节约达到1.3万元。
图4 采暖季系统COP
图5 整个供暖季日耗电量
5 结束语
（1）在天津地区采用太阳能电辅助采暖应用于小型办公楼是可行的。
（2）采暖季三层办公楼的室内温度基本都达到18度以上，全年有生活热水供应。
（3）全年包括生活用水在内COP均值达到3.3，系统性能良好。
（4）太阳能采暖系统采用可再生能源，每年可节约费用约1.3万元。
参考文献：
[1]JGJ134-2010.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].
[2]吕萍秋.太阳能采暖和热水组合系统的研究[J].甘肃科学学报，2009（01）：151-153.
[3]中国气象辐射资料年册[M].北京：国家气象中心出版，2001.
[4]赵世明，高峰.生活热水太阳能集热器面积的确定[J].中国给水排水，2009（20）：28-31.
[5]刘继者.热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统的研究[D].天津大学，2007.
[6]孙峙峰，徐飞.太阳能供热供暖系统季节蓄热水箱的计算机模拟分析[A].全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[C].北京：中国制冷学会，2008.
作者简介：逯彦红（1980.05-），女，河北人，讲师，博士，研究方向：新能源与节能技术。
作者单位：天津职业大学机电工程与自动化学院，天津 300410