太阳能供热采暖在小型办公楼的应用与分析

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1、太阳能供热采暖在小型办公楼的应用与分析摘要：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

2、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：5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

3、，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

4、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。5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℃

5、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

6、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5（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

7、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，2008.5作者简介：逯彦红（1980.05-），女，河北人，讲师，博士

8、，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3004105