楊彬，姜曙光，黃現(xiàn)寧

（1石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，石河子832003；2石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，石河子832003）

新疆北疆地區(qū)SLK型太陽能空氣集熱器節(jié)能效果的分析

楊彬1，姜曙光2，黃現(xiàn)寧2

（1石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，石河子832003；2石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，石河子832003）

利用可再生能源提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)是社會發(fā)展的趨勢。本文針對石河子地區(qū)大量節(jié)能率為50%的既有建筑，選擇太陽能空氣集熱器系統(tǒng)用于建筑輔助采暖，以期達(dá)到節(jié)能65%的目標(biāo)；利用RETScreen軟件對北疆地區(qū)利用該系統(tǒng)的供熱能力進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明利用太陽能空氣集熱器能夠?qū)崿F(xiàn)提高建筑節(jié)能率到65%的目標(biāo)。

太陽能空氣集熱器；采暖；模擬

新疆石河子市在2003－2010年的8年時間中，新建住宅執(zhí)行的是《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26－1995），期間建造了大量節(jié)能率達(dá)50%的住宅。自2011年新建建筑開始執(zhí)行《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26－2010），節(jié)能率要求達(dá)到65%左右。考慮到石河子市建筑節(jié)能任務(wù)的嚴(yán)峻性，利用可再生能源和提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是大勢所趨。在不破壞現(xiàn)有建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的前提下，如何將節(jié)能率已達(dá)50%的住宅再提高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，是目前我們應(yīng)該思考的一個問題。王崇杰等［1］研制出適合我國國情的主動式滲透型空氣集熱器，可廣泛應(yīng)用于建筑采暖通風(fēng)領(lǐng)域，具有很好的推廣前景。

本文分析了采用壁掛式太陽能空氣集熱器，在供暖季節(jié)利用太陽能輔助采暖達(dá)到提高建筑節(jié)能率到65%的目的，并文采用RETScreen軟件，模擬分析壁掛式太陽能空氣集熱器采暖系統(tǒng)供熱能力。

1 太陽能空氣集熱器供熱采暖系統(tǒng)

1.1 太陽能空氣集熱器類型

太陽能空氣集熱器是一種吸收太陽輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到空氣傳熱工質(zhì)的裝置［1］，一般由透明蓋板、吸熱板、隔熱層和外殼構(gòu)成。太陽能空氣集熱器種類繁多，可分為非滲透型（吸熱板上沒有孔、縫）和滲透型（吸熱板上開有一定間距的孔、縫）兩大類［2，3］，其中滲透型空氣集熱器包括多孔網(wǎng)層空氣集熱器、多通道抽吸式空氣集熱器等。非滲透型是目前使用最多的類型，結(jié)構(gòu)簡單。滲透型是一種主動式空氣集熱器，存在成本高，空氣流動阻力大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與住宅建筑一體化程度不高等問題。

本文選用由Grammer Solar公司制造的SLK型非滲透型太陽能空氣集熱器，每一太陽能集熱器的總面積為2m2，其主要性能指標(biāo)為采光面積1.86m2、r系數(shù)0.62、FrUL系數(shù)4.52W／m2、FrUL溫度系數(shù)0（W／m2）／℃2。該集熱器易于安裝，采暖效率高，并且設(shè)計有太陽能風(fēng)機(jī)能夠自動控制集熱器的運(yùn)行。

1.2 太陽能空氣集熱器供熱采暖系統(tǒng)

太陽能空氣集熱器供熱采暖系統(tǒng)即使用太陽能空氣集熱器的太陽能供熱采暖系統(tǒng)，一般由太陽能集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和其它能源輔助加熱或換熱設(shè)備集合構(gòu)成［4］。通過安裝在建筑立面或屋面的太陽能空氣集熱器循環(huán)加熱室內(nèi)空氣可達(dá)到采暖的目的。

由于新疆石河子地區(qū)典型住宅建筑的屋頂面積有限，不能安裝較多的集熱器，因此，本系統(tǒng)采用在南墻掛置太陽能空氣集熱器，如圖1、圖2所示。

圖1 太陽能空氣集熱器位置示意圖Fig.1Solar air collector position

圖2 太陽能空氣集熱器供熱采暖系統(tǒng)示意圖Fig.2Solar heating system of the solar air collector

2 北疆地區(qū)利用SLK型太陽能空氣集熱器供暖方案的設(shè)計

2.1 RETScreen軟件簡介

RETScreen軟件的能源效率 （EE）模型主要針對居住建筑、公共建筑以及工業(yè)建筑，擁有的氣候數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展至4700地面站，與軟件內(nèi)部整合的NASA衛(wèi)星資料覆蓋了地球表面所有的居住區(qū)，項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫為數(shù)百個個案研究和項(xiàng)目模板提供即時數(shù)據(jù)和信息。項(xiàng)目分析包括設(shè)置和場地條件、能源模型、成本分析、排放量分析、財務(wù)分析等。

RETScreen軟件的太陽能空氣加熱項(xiàng)目分析主要包括基準(zhǔn)方案和提議方案，基準(zhǔn)方案為模擬研究方案，即原型的實(shí)際情況；提議方案為研究對象的代替方案，即模型。太陽能空氣加熱能源的計算流程如圖3所示。

圖3 太陽能空氣加熱能源計算流程Fig.3Solar air collector heating energy calculation process

2.2 模擬區(qū)氣象參數(shù)確定

本文采用清華大學(xué)提供的中國部分城市的典型年逐時氣象數(shù)據(jù)CSWD進(jìn)行分析。它是依據(jù)國家氣象中心提供的氣象資料，在1994－2003年源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上挑選典型氣象年，包括建筑物熱負(fù)荷計算以及可再生能源利用系統(tǒng)的模擬所需要的氣象要素。由于該系統(tǒng)沒有石河子氣象參數(shù)，故采用臨近城市克拉瑪依市的氣象參數(shù)。

2.3 模擬建筑概況

如圖4選擇石河子一節(jié)能50%的典型住宅，單套建筑面積是80.3m2，一梯兩戶三單元，共六層，單元門南入口。外墻采用EPS板外保溫構(gòu)造，外窗采用塑鋼中空玻璃窗，屋面采用XPS板倒置式保溫構(gòu)造，圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成和傳熱系數(shù)見表1，主要采暖方式為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱地板輻射采暖，每間房供熱量住戶可以自行調(diào)節(jié)。

圖4 建筑平面圖Fig.4Building plan

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及傳熱系數(shù)Tab.1Building envelope and heat transfer coefficient

3 北疆地區(qū)利用SLK型太陽能空氣集熱器節(jié)能效果的分析

模擬時間為整個采暖期，時間為10月15日至下午4月15日。在冬季，由于采暖保溫的要求，房間不宜直接用室外冷空氣進(jìn)行大風(fēng)量的全面通風(fēng)，因此風(fēng)量設(shè)置為35.7m3／（h·人）（本文按3人計算），此風(fēng)量足以消除有害氣體，保證冬季室內(nèi)的空氣質(zhì)量［5］。采暖期室內(nèi)設(shè)計最低溫度為18℃、最高溫度為26℃。

RETScreen負(fù)荷特征參數(shù)見表2，太陽能空氣集熱器參數(shù)見表3。

表2 RETScreen負(fù)荷特征參數(shù)Tab.2RETScreen load characteristic parameters

表3 太陽能空氣集熱器參數(shù)Tab.3Solar air collector parameters

電價采用2010年石河子市區(qū)統(tǒng)一電價0.65元／kW·h。根據(jù)《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26－1995），克拉瑪依6層建筑采暖期室內(nèi)單位面積耗熱量21.8W／m2，日平均采暖熱負(fù)荷QH＝qHAO＝21.8×80.3＝1750.5W。生活熱水按照3人計算，日用水定額為40L／人，設(shè)計冷／熱水水溫為10～55℃，日熱水負(fù)荷Qd＝qrdpr（tend－tL）／86400＝261.6W。

利用RETScreen軟件分析上述方案，在石河子地區(qū)采用太陽能空氣集熱器輔助采暖系統(tǒng)提升建筑節(jié)能效果的分析結(jié)果見表4和表5。

表4 RETScreen軟件模擬結(jié)果Tab.4RETScreen software simulation results

表5 兩方案的供熱需求對比分析Tab.5The comparative analysis of the two plans of the heating demand

4 結(jié)論

1）在采暖期2臺SLK型太陽能空氣集熱器可為建筑提供達(dá)1.3MW·h的熱量。

2）在保證室內(nèi)平均溫度18℃以上的前提下，利用SLK型太陽能空氣集熱器輔助采暖，能使建筑集中供熱負(fù)荷由原來的22W／m2減少到15W／m2。

3）在不改變熱水熱負(fù)荷的情況下，該住宅總的供熱需求降至3MW·h。根據(jù)RETScreen軟件模擬結(jié)果，其提議方案相對于基準(zhǔn)方案節(jié)能32%。

綜上所述，利用RETScreen軟件對該系統(tǒng)供熱能力進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明：在石河子地區(qū)，一套建筑面積為80.3m2、節(jié)能達(dá)到50%的典型住宅，利用2臺SLK型太陽能空氣集熱器輔助采暖，能夠?qū)崿F(xiàn)將建筑節(jié)能率提高到65%的目標(biāo)。

［1］王崇杰，管振忠，薛一冰，等.滲透型太陽能空氣集熱器集熱效率研究［J］.太陽能學(xué)報，2008，1（29）：35－39.

［2］鄭瑾.山東地區(qū)村鎮(zhèn)小型辦公建筑太陽能采暖設(shè)計研究［D］.山東：山東建筑大學(xué)，2010：5.

［3］陳濱，田浩，郭海超，等.壁掛式太陽能空氣集熱器最佳供暖方式研究［J］.暖通空調(diào)，2008，38（10）：128－132.

［4］中國建筑科學(xué)研究院.GB50495－2009太陽能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009：3.

［5］扈曉慶，中慶照，方修睦，等.不同氣候區(qū)典型城市采暖熱計量的節(jié)能率分析［J］.山東：暖通空調(diào)，2007（2）：45－54.

Analysis of Energy－saving Effectiveness of SLK Type Solar Air Collector in Northern Xinjiang

YANG Bin1，JIANG Shuguang2，HUANG Xianning2
（1College of Life Sciences，Shihezi University，Shihezi 832003，China；2College of Water Conservancy ＆ Architectural Engineering，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

It is a trend of social development to improve energy－saving standard by making use of renewable energy.Based on the residential buildings in Shihezi，the authors took solar air collector system as supplementary heating source，with the purpose of improving the energy－saving rate from the current 50%to 65%.RETScreen software was used to simulate and analyze the heating capacity of this system.The results show that the goal of improving energy－saving rate to 65%can be reached by using the solar energy air collectors.

solar air collector；heating；simulation

TU832.17

A

1007－7383（2012）01－0096－04

2011－12－01

新疆兵團(tuán)科技攻關(guān)計劃項(xiàng)目（2011BA027），石河子大學(xué)重大科技攻關(guān)專項(xiàng)（GXJS2010－zdgg05－01）

楊彬（1986－），男，碩士生，專業(yè)方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程；e－mail：yangbin0824＠sina.cn。