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太阳能辅助采暖的设计计算

太阳能辅助采暖的设计计算(太阳能热水工程

采暖计算要考虑最关键内容如下

1、采暖热负荷的计算(必须的)

采暖热负荷 heating load
指:在采暖室外计算温度下,为了保持室内设计计算温度,供暖系统在单位时间内需向建筑物供给的热量。
围护结构  building envelope
指:建筑物及房间各面的围挡物,如墙体、屋顶、地板、地面和门窗等。分内、外围护结构两类

(1)采暖热负荷的计算

目前《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005、《居住建筑节能设计标准》DBJ 11-602-2006、《公共建筑节能设计标准》DBJ 01-621-2005以及《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95都规定建筑物耗热量应该按各种围护结构单位面积耗热量累计值来计算,只有通过计算才能得到相对准确的建筑物耗热量。我们不是专业设计院,没有计算软件,因此介绍两种热负荷估算的方法,一种是体积热指标估算法,另一种是面积热指标估算法。

(2)按建筑物体积热指标计算采暖热负荷

1)计算公式和常用数据表
建筑物热负荷可用下式估算:


式中:qnv—建筑物供暖体积热指标,W/(m3·℃);见表4.1,
a—修正系数,见表4.2;
V—建筑物外轮廓体积,m3;计算方法见手册附录A;
tw——采暖室外计算温度,℃;
tnp——室内平均计算空气温度,℃。

(3)以门头沟区农村居民平房采暖系统进行计算说明

① 建筑物外轮廓体积计算:该建筑座北朝南,东西向长12m,南北向宽6.5m ,高3m,外墙做50mm聚氨酯保温处理,吊顶做聚苯泡沫保温处理。外轮廓体积为:V=12×6.5×3=234 m3。
②室内外温度确定:北京市冬季采暖室外计算温度为-9℃,门头沟山区室外平均温度要低2~4℃,按-13℃计算,tw=-13℃。根据用户要求,冬季室内温度为16℃,故tnp=16℃。
③修正系数选择:门头沟区冬季室外计算温度为-13℃,根据表4.2选取-13℃时的值做为修正系数,故取a=1.354 。
④建筑物供暖体积热指标qnv的选取:根据表4.1,按俱乐部<5000m3供暖面积,选取 qnv=0.43 W/(m3·℃)。
⑤计算热负荷:把以上参数带入上式,Qn=1.354×0.43×234×(16+13)=3950.9(W)。因此一天的热负荷是: 3950.9×24/1000= 94.8Kwh ,相当于341.4 MJ。

(4)按建筑物面积热指标计算采暖热负荷

计算供暖热负荷的另外一种方法是面积热指标估算法,各种建筑物单位面积耗热量见右表,根据建筑面积就可以计算出供暖热负荷。若为节能建筑,则需根据相应的节能百分比减少面积热指标。

按此方法重新计算门头沟区居民供暖热负荷供暖面积: 12×6.5=78㎡。按一般住宅查表4.4 选取热负荷60W/㎡,由于该建筑作了很好的外保温,面积热指标取50W/㎡,则总热负荷为:Qn=50×78= 3900 (W) 。与按体积热指标计算出的总热负荷(3950.9W)比较接近。这两种方法的前提是需要知道建筑物的体积热指标荷面积热指标

更准确细致的计算方法请参考《太阳能地板采暖设计施工指导手册》4.2节

q —建筑物耗热量指标,W/㎡;
q1 —单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量,W/㎡;
q2 —单位建筑面积的空气渗透耗热量,W/㎡;
q3 —单位建筑面积的建筑物内部包括炊事、照明、家电和人体散热的得热量,W/㎡。


2、太阳能集热面积的计算

太阳能保证率(solar fraction):
系统中由太阳能部分提供的热量占系统总负荷的百分率。
要计算太阳能集热器的面积,必须先定下来太阳能系统的保障率。(用通俗的话说就是:一点其他能源也没有,只靠太阳能供暖,在晴好天气,太阳能能提供百分之多少的能量),这个数据是影响太阳能集热系统面积的关键值也是影响系统造价的关键因素。我们的设计一般按50%设计,估计平谷区其他公司的保障率也就是20%~30%

(1)太阳能集热面积计算

根据1计算出了一天的总供热量,乘以太阳能保障率,就是太阳能集热系统需要提供的能量。这个值除以冬季单位面积集热器获得的太阳平均辐照量,就可以求出集热面积。

以1节计算出来的热负荷341.4MJ、太阳能保障率50%,冬季太阳平均辐照量为17MJ,热水系统效率为50%为例计算集热面积。S=(341.4 × 50%)/(17× 50%)=20.1m2。如果太阳能集热系统的效率低的太阳能保障率还低

3、辅助能源功率的计算

辅助能源功率和辅助能源的运行时间有关,因为一天的总能量需求(热负荷)已经固定,因此辅助能源的运行时间越短,需要的功率就越大,反之亦然。
在计算辅助能源功率时要按全部热负荷计算(在阴、雨、雪天气没有太阳能,所有能源都由辅助能源提供)。辅助能源的最大运行时间应该控制在16小时内(一天有1/3时间休息),因此辅助能源的功率至少是采暖功率的1.5倍。这一点在用电做辅助能源时更该注意。煤炉一般以千卡为单位,与千瓦的换算关系是:1kwh=860kcal,即1万大卡相当于11.6kwh。

4、室内(末端)散热器面积的计算

根据1节的计算,我们可以得到各个采暖房间的采暖功率,因此也就知道了各房间散热器一天发散的总能量,按照散热器半天工作的原则我们知道散热器的功率是采暖功率的2倍。再根据各种散热器的散热能力选择散热器面积。(地盘管的直径和管间距、普通暖气散热片的片数,风机盘管的风机功率及盘管面积。)

5、节约常规能源的计算

按50%的太阳能保障率,采暖季从前年的11月1日,到第二年的3月31日,共151或152个采暖日,根据2.1的计算结果,很容易计算出节约的总能量。Q=151×341.4×50%=25775.7MJ=6166Mcal
我国定义标准煤的发热量是:

7000kcal/kg(7Mcal/kg)。因此一个采暖季可以节约标准煤:881kg

(1)完全用电采暖的费用

根据1节的计算,我们知道一天的总能量需求是94.8kwh,一个采暖季的总电量为:
Q =94.8×151=14314.8kwh,按0.5元/kwh的电费计算,一年需要电费7157.4元,节约50%就是:3578.7元。

6、环保效益计算

要从节约常规能源、减少CO2、SO2、可吸入颗粒物、炉渣等几个方面入手计算,在此不展开计算。

按照炭完全燃烧化学方程式:计算,煤中的C燃烧后产生的CO2量为:每1kg C生成3.67Kg CO2( C的分子量为6, CO2的分子量为6+16=22,22/6=3.67)。按照能量100%转化的理论计算,1kw.h电能相当于0.123kg标准煤的热能,产生的CO2为0.451kg。目前我国发电1kw.h的标准煤耗量是0.36~0.39kg。则相应的CO2排放量为1.321~1.431kg。

按照煤炭完全燃烧化学方程式:

计算,煤中的C燃烧后产生的CO2量为:每1kg C生成3.67Kg CO2。按照能量100%转化的理论计算,1kw.h电能相当于0.123kg标准煤的热能,产生的CO2为0.451kg。目前我国发电1kw.h的标准煤耗量是0.36~0.39kg。则相应的CO2排放量为1.321~1.431kg。