太阳能在农村住宅当中的应用

太阳能在农村住宅当中的应用—直接利用式热工计算学生：董耀军学号：0602240450指导老师：何梅摘要：通过对晋南农村的一栋普通单层房屋进行太阳能改造，分别对改造前后的建筑进行能耗计算，能出太阳能建筑的节能量及节能率，以及对农村住宅太阳能改造当中的材料本地化进行性能分析关键词：太阳能建筑节能量节能率太阳能改造当中的材料当地化建筑基本概况：山西南部农村住宅，硬山双坡屋顶建筑，建筑物宽7.2m,进深6.6m，建筑面积71.28m2,主体一层，局部两层，见附图改造原则：基本保持立面不变的基础上，通过改造南向坡屋顶成直接收益式及相关构造图一、各部分面积的计算1、建筑面积A0建筑物宽7.2m，进深3.6m。首层建筑面积7.2*3.6=25.92m2局部二层面积3.6*3.6=12.96m22、建筑体积V0V0=7.2*6.6*4.2+7.2*6.6*2.55=320.76m3。3、屋顶面积FF=2.5*2*7.2*2=72m24、外墙面积1）对比房（1）南墙总面积7.2*4.2=30.24m2（2）门窗洞口面积普通窗1.2*1.8*2=4.32m2门上窗0.5*2.7=1.35m2落地窗0.9*2.1=1.89m2门：铝合金中空玻璃推拉门1.8*2.1=3.78m2（3）南墙面积：30.24-4.32-1.35-1.89-3.78=18.9m2窗墙面积比=18.9/30.24=0.6252）太阳房太阳房南墙同对比房3）南向坡屋顶改成直接受益式，玻璃幕墙面积5*7.2=36m24）北墙总面积7.2*4.2=30.24m2北墙窗洞口面积1.5*1.2=1.8m2窗墙面积比1.8/30.24=0.06〈0.255）东西墙6.6*4.2+6.6*2.55/2=36.14m26）地板面积7.2*6.6+3.6*6.6=71.28m2二、太阳房和对比房的围护构造、传热系数及各部分面积，见表名称构造传热系数KW/（m2。K）面积M2屋顶传统屋顶10厚小圆瓦20厚1：2水泥沙浆防水层150厚憎水膨胀珍珠岩板五合板一层小头80宽的松木椽间距2000.836玻璃幕墙屋顶12厚安全玻璃一层两端固定于梁和柱上的安全玻璃支架小头80宽的松木椽间距200两端固定于梁和柱上的保温层支架1.036户门铝合金中空玻璃推拉门3.23.78窗户南窗铝合金中空玻璃3.211.24北窗塑料中空玻璃窗2.61.8地面铺设50厚聚苯板上铺100厚混凝土砂浆局部二层采用型钢上铺100厚混凝土砂浆下面镶嵌50厚聚苯板0.471.28建筑体积V0=320.76二、太阳房和对比房的热负荷计算1、建筑所在区纬度为：北纬35o39/；采暖期从10月到次年的4月，各月的采暖度数值DD14列于下面表中。2、计算太阳房净负荷系数NLC、对比房总负荷系数TLC。数据见下。表中冷风渗透系数nVPaCp中，n-----换气次数，太阳房n=0.5h-1,对比房n=0.5h-1;V----房间体积，m3,V=0.6V0=192.47Pa---室外空气密度，取pa=1.252kg/m3;Cp---空气定压比热容，取cp=0.28注：参考DBJ24-8-87。民用建筑节能设计标准山西省实施细则由此可得太阳房的净负荷系数NLCNLC=24*（3.6（36*0.8+71.28*0.4+1.8*2.6+1.35*3.2+36.14*2*0.52+30.24*0.52）+0.5*192.47*1.252*0.28）=11.136MJ/(oc.d)对比房的总负荷系数TLCTLC=3.6*24（36*1.0+9.89*3.2）+NLC=16.98MJ/(oc.d)3、计算太阳房的Sm以及对比房的Sc,b,m值，列入下表项中：Sm=XMAgAaMSotXM—玻璃窗的有效透光系数取XM=0.75Xc,b,m=0.75Ag，=8.1+36=44.1Ac,b,m=8.1Aa计算如下房间内墙、顶棚面积36.14*2+36*2=144.28白色粉刷的反射系数0.52地板面积71.28反射系数0.3Pw的反射系数0.47那直接受益式太阳房内表面的有效太阳能吸收系数为Aa=(1-Pw)/((1-Pw)+Pw(1-Pc)A0/Aw=0.67因此对比房的内表面的有效太阳能吸收系数为0.8，并且因为玻璃幕墙同水平面成三十度角，所以查比例系数为1.4,所以太阳房月太阳有效得热量4）因此Sm=1.4XMAgAaMSot=31.02MSotSc,b,m=XMAgAaMSo=4.86MSot5）计算太阳房的SLR:Qnet，m=NLC*DD14,M=11.136*(570+398+220+6+50+285+505)=22650.624MJ/(oc.d)SLRM=Sm/(TLC*DD14,M)6）查SHF-SLR曲线求SHFM对于直接受益式，且设有夜间保温帘（热阻为0.86m2.0C/W）,根据李书P56页图6-3的曲线2查出SHFM7）太阳房月供热量Qaux,m①计算直接受益式的1-SHFM②计算Qaux,m=（1-SHFM）*（TLC*DD14,M)③计算Qaux,q=∑Qaux,m8）计算太阳房的节能率与节能量①计算对比房的SM=XmAg,c,BSotαa,cM=4.86SotM，列入表；②计算对比房总负荷Qt,M=TLCB×DD14，M，列入表；③计算对比房的SLRM=SM/（TLC×DD14，M），列入表；④根据李书的图6-4的曲线查对比房的SHFM，列入表；⑤对比房月辅助热量Qaux,MQaux,M=(1-SHFc,B.,M)×Qt,M，列入表4第(18)项。⑥对比房月辅助热量Qaux,qQaux,q=∑Qaux,M=32220MJ⑦计算太阳房采暖期的节能量ΔQaux,qΔQauxq=Qaux,q－Qaux,q=32220-8891=23329MJ⑧计算太阳房采暖期的节能率ESFgESFg=ΔQauxq/Qaux,q=23329/32220=72.4%三、太阳房与对比房辅助热量计算表序号项目符号单位1月2月3月4月10月11月12月备注1每月天数Md312831303130312月度日值DD14,M℃•d570398220650285505查附A.2直接受益式3透过玻璃以及玻璃吸收后进入室内的总日射月平均日辐SotkJ/(m2•d）101158834743357988788986910046射量4月太阳有效得热量SMMJ97267673714753968451918496605月净负荷Qnet,MMJ63474432244966.81556.83173.65623.686月得热负荷比SLRM1.531.732.9280.7715.22.891.727月太阳能供暖率SHFM0.650.70.91.01.00.890.78月辅助热量QauxMMJ33872027373.56005322572对比房9月太阳有效得热量Sc,B,MMJ15241158107881412751386145710月总负荷MJ9678675837351028494839857411月得热负荷比SLRc，B,M0.1570.1710.2898.001.50.2860.17012月太阳能供暖率SHFc，B,M0.030.040.11.00.650.10.0413月辅助热量Qaux,c，B,MMJ938864883361029743558231四、结论这次对晋南农村传统双坡硬山屋顶进行的太阳能改造，主要把南向传统的小圆瓦改造成12mm厚安全玻璃组成的玻璃幕墙，还有就是利用原有的椽木加设了夜间保温帘，以及通过加强对窗、墙、屋顶构件的保温。对充分利用太阳能，减少建筑的能耗，有着显著作用，太阳房的采暖期的节能率ESF=72.4%。这还是仅仅是完全被动式太阳能采暖，利用建筑本身已有的构造，完全可以加上主动式太阳能辐射热水采暖系统，这样，完全可以达到零能耗建筑的水平，并且加上热水辐射采暖系统之后，房间本身的热稳定性能也会提升，更增加了居住的舒适性。本次住宅太阳能改造当中的构造：构造措施一、充分利用原有建筑的椽木结构，原有椽木，小头直径80，间距200，房间跨度7200，因此保温帘的宽度设置成1200，在保温卷帘的展开与布置上，与卷闸门相似。再离地面1500处设置一绞盘，外表同室外运动设施当中的圆盘相同，充分适应使用者是老年人的特点。即是日常活动，又是必要的节能措施。关于相关装置的时间控制问题，在冬天，当地人出行基本是日出而作，日落而息。相关操作时间只需要十分钟左右，并不会增加专门人员控制。构造措施二、利用房屋本身的构造，设置10平方米的真空平板热水器，同地板热水辐射采暖系统结合，优越性更佳。构造措施三、关于农村住宅太阳能改造当中的材料本地化。本次地板热水辐射采暖构造是50厚聚苯板上设100厚细石混凝土，在本地化上完全可以采用一定厚度的麦秆或木屑，上铺夯实粘土。为了防止麦秆或木屑等有机物腐烂丧失保温功能及隔潮功能，可以用塑料袋装的麦秆和木屑，防腐及隔潮性能更好保存年限更是能大幅度延长。夯实粘土的蓄热系数12.99，细石混凝土式13.50，苯板的导热系数0.047，麦秆和木屑的导热系数0.093，但无论从产量、价格还是材料来源的广泛性以及施工的操作可能性，本地化材料显然更具优势。在这次改造中，业主的主要意见集中于对房屋用途上，这幢建筑本身是夏天热时才住的房子，因此，不仅仅是冬天的采暖，还有夏天的降温技术。构造措施一、房屋原来本身构造上有一钢筋混凝土的平台，原本用途是夏天晒粮，随着农业机械化的普遍，平台基本上已经丧失原来用途，因此，在夏天极热时间段里，可以在白天注上水，晚上放水措施。不仅可以明显降低室外综合温度，还可以利用水分蒸发的潜性降温。构造措施二、利用业主自身拥有的地下室果窖、水窖，设置水盘管通过深埋于果窖下的埋管带来的低温水传给房间地板下的埋管进行冷端辐射，来给房屋降温。由于地下室最低处-4.2m，空气含湿高，在夏天可以直接用于给房间供气，充分利用隐性降温。对于山村及农村基本上有一个问题就是水资源缺乏，因此都有一个水窖用来存储雨水以及生活用水，我们的地热系统完全可以应用这一点，不用深井来取和存水，在山村及农村基本上房建用地不缺，因此我们可以布设水平式埋管系统，利用水窖来进行热交换，并且可以采用金属等热交换系数高的材料来减少埋管长度。构造措施三、在保温卷帘向阳的一面设置3mm厚的金属板，当夏天白天保温卷帘关闭的时候，金属显然可以提高空气温度，增强空气流动。保温板可以随同金属板一同卷放。根据PMV-PPT曲线图，当室温为300C时，气流速度为3m/s组合起来时，要比室温为280C，气流速度为0时，人的感觉要舒适。通过以上构造措施，确定可以不会破坏夏天的消暑建筑，还能适于冬天居住，达到零能耗建筑。个人意见，望何老师指导。参考文献：[1]杨善勤编著.民用建筑节能设计手册.北京:中国建筑工业出版社.1997.8[2]DBJ24-8-87.民用建筑节能设计标准陕西省实施细则[3]李元哲主编.被动式太阳房设计手册.北京:清华大学出版社.1993.3[4]罗运俊、何梓年、王长贵编著.太阳能应用技术.北京:化学工业出版社.2005.1节能专题：热泵空调系统摘要：本文首先介绍了水源热泵技术的概念和工作原理，并与锅炉和空气源热泵在能源利用角度作了对比，得出水源热泵技术是利用可再生能源的一种技术。随后，详细地描述了水源热泵的特点并介绍了国内外关于地源应用的基本情况和中国目前水源热泵开发应用的前景，最后，特别介绍了清华同方水源热泵的技术特点和中国水源热泵推广应用中的一些问题。关键词：水源热泵可再生美国土--气型地源热泵技术在中国的推广摘要：地源热泵技术又称地热泵技术，是一种利用浅层常温土壤中的能量作为能源的先进的高效节能、无污染、低运行成本的既可供暖又可制冷的新型空调技术目前国际上有两种地源热泵技术路线：土--气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术。主要介绍两个的区别及相关背景。关键词：地源热泵技术的特点，及背景特点。建筑能耗评估中对气象参数的处理摘要：对建筑能耗按照气候条件进行修正是建筑能耗评