□文/楊維翔 徐夢萱

太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)是將整個(gè)地面作為輻射散熱面，通過與其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行輻射換熱，提高維護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可比散熱器形式低2～3℃，節(jié)能20%～30%[1]。地面作為散熱源溫度不能過高，人員經(jīng)常停留處一般不能高于29℃[2]，地板采暖的供水溫度一般在60℃以下[3]，因此地板采暖只需較低品位的熱源，非常適合采用太陽能集熱器提供的熱水作為熱源。

天津地區(qū)太陽能資源

天津地區(qū)屬于太陽能資源較為豐富的地區(qū)，日照時(shí)數(shù)一般在3 000～3 200 h/a[4]，太陽能輻射總量約為5.4×106～6.7×106kJ/(m2·a)。

太陽能集熱器透過率是入射角的函數(shù)。在計(jì)算到達(dá)集熱器吸熱板的太陽能時(shí)，直接輻射和散射輻射的透過率是分別處理的。由于通常獲得的氣象資料是總輻射數(shù)據(jù)，在集熱器選擇計(jì)算中，必須把總輻射分成直接輻射和散射輻射2個(gè)分量。散射輻射回歸方程為[5]

式中：Kd——地表散射輻射與總輻射的日總量月平均值的比值；

KT——地表總輻射與地外太陽能輻射的日總量月平均值的比值。

根據(jù)式（1），可以計(jì)算出每小時(shí)散射輻射相關(guān)方程為

式中：Kdh——每小時(shí)的散射輻射與總輻射的比值。

利用式（2）就可以求得水平面上散熱輻射日總量月平均值或者每小時(shí)散熱輻射量。然后從總輻射中減去散射輻射，便得到直接輻射值。

由于太陽能熱水器一般不是水平放置的，而是在屋頂上傾斜放置，一般成40～50°傾斜角。這就需要對水平面上的散熱輻射日總量進(jìn)行轉(zhuǎn)化[4]。

式中：Hth——傾斜面上的總輻射平均值，MJ/m2；

Hh——水平面上的總輻射，MJ/m2；

Hbh——水平面上的直接輻射的總平均值，MJ/m2；

Hdh——水平面上的散射輻射的總平均值，MJ/m2；

Rbh——傾斜面上和水平面上的直接輻射的比值；

β——傾斜的比值，（°）；

φ——觀測點(diǎn)的地理位置，(°)；

δ——赤緯角，(°)；

ρ——空氣的密度，kg/m3。

通過式（3）和式（4）可以計(jì)算出天津地區(qū)在水平面傾斜50°的斜面上太陽能輻射月平均日輻射值。見表1。

表1 天津地區(qū)平均太陽輻射值日平均值MJ/（m2·d）

太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)

太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)由采暖和淋浴兩部分組成，之間通過閥門切換可以實(shí)現(xiàn)夏季淋浴洗澡、冬季采暖。該系統(tǒng)利用太陽能作系統(tǒng)能源加熱熱水，滿足各項(xiàng)需要。同時(shí)在太陽能不是很充足的時(shí)段以電輔助采暖，以保證供水溫度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，分別對取水方式、夜間蓄熱問題等進(jìn)行了專項(xiàng)研究，設(shè)計(jì)了一套較為合理的采暖淋浴系統(tǒng)。見圖1。

圖1 采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

通過集熱器的熱水流入蓄水箱，然后當(dāng)溫度達(dá)到一定的時(shí)候，通過閥門1流入熱水箱，熱水箱具有良好的保溫性。冬季熱水箱內(nèi)的熱水進(jìn)入分水器然后送入地板輻射采暖系統(tǒng)。夏季則關(guān)閉閥門4，打開閥門3進(jìn)行淋浴。

節(jié)能分析

獨(dú)體別墅的特點(diǎn)是太陽能人均占有率高，但建筑之間間隔較大，如果采用集中供熱的采暖形式，則熱傳輸損耗較大。

一般而言，獨(dú)體別墅分為上下兩層，外加車庫，獨(dú)門獨(dú)院。假定每層采暖面積為100 m2并且新建建筑的保溫性能良，采暖季為每年的11月15日至次年的3月15日，共計(jì)120 d。以三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)采暖熱指標(biāo)14.4 W/m2進(jìn)行估算，同時(shí)考慮到地板輻射采暖比普通采暖節(jié)能30%[1]，按照每月30 d計(jì)算，則每月所需要的熱量為5 443 MJ。

假定選用集熱面積25 m2、容納熱水量170 L的太陽能熱水器，太陽能集熱效率50%。集熱器與水平面的夾角為50°，需要從自來水溫度加熱為45℃的供水溫度，可以算出每月需要的熱量，見表2。

表2 天津地區(qū)家庭用熱虧盈情況 MJ

電加熱效率為90%[5]，從表2可以看出，整個(gè)采暖季所需要的電加熱量為1 246 MJ，水泵功率和為100 W，則整個(gè)采暖季水泵運(yùn)行所需要的用電量為1 036 MJ。如果為普通的集中供熱采暖，則整個(gè)采暖季所需要的熱量為27 215 MJ，綜合考慮采用地板輻射采暖的方式可以節(jié)能91%。

結(jié)論

（1）天津地區(qū)太陽能充足，采用太陽能采暖系統(tǒng)具有很好地推廣空間。

（2）通過節(jié)能角度分析可以看出，天津別墅采用太陽能采暖具有很好地節(jié)能潛力，整個(gè)采暖季節(jié)可以節(jié)能90%左右。

[1]DBJ/T 01-49-2000,低溫?zé)崴匕遢椛涔┡瘧?yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[2]Mac Cl uer C.R.Temper at ure Variat ions of Fl ux-modul ated Radiant Sl ab Syst ems[J].ASHRAE Transact ions,1989,95(1)：1010-1014.

[3]Mac Cl uer C.R.The Response of Fl oor Radiant Heating Systems Contr ol l ed by Out door Reset with Feedback[J].ASHRAE Tr ansactions,1991,97（2）：795-799.

[4]王榮光，沈天行.可再生資源利用與建筑節(jié)能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5]吉林省設(shè)計(jì)院.建筑日照設(shè)計(jì)[M].北京：建筑工業(yè)出版社，1979.