某小區(qū)別墅太陽能供暖系統(tǒng)設(shè)計摘要面對人口數(shù)量激增的態(tài)勢，環(huán)境惡化，資源分配不足等一系列問題，帶給了人們不小的挑戰(zhàn)，同時，人們對于能源的需求日益增長也加重傳統(tǒng)能源利用的負(fù)擔(dān)，所以全世界將解決問題的方法關(guān)注在了如何合理利用新能源。而太陽能熱利用局限性,在于日照強(qiáng)度不足的天氣難以保證滿足建筑的熱負(fù)荷需求。近年來燃?xì)忮仩t供暖方式逐漸替代了傳統(tǒng)燃煤鍋爐，其具有燃?xì)饬坑嬎惴奖?、供熱迅速、燃料清潔，不含灰分、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。但不可再生的天然氣也具有局限性，燃?xì)鉅t的單獨(dú)使用會造成天然氣消耗量增大。北京房山德龍苑D戶型采用的新型太陽能供暖系統(tǒng)利用太陽能作為主熱源，燃?xì)獗趻戾仩t作為輔助熱源，為太陽能補(bǔ)充加熱，達(dá)到穩(wěn)定供暖。將當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源與燃?xì)饽茉醋龅骄C合利用，達(dá)到熱能最佳利用。本系統(tǒng)不但能克服兩者獨(dú)立使用時缺點(diǎn)，還合理的將二者優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。北京房山區(qū)德龍苑D戶型別墅太陽能供暖系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)屋面與墻體材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行別墅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本熱負(fù)荷，冷風(fēng)滲透附加負(fù)荷、冷風(fēng)侵入負(fù)荷確定別墅總熱負(fù)荷；根據(jù)建筑熱符合選擇合適的壁掛燃?xì)鉅t與太陽能集熱器的型號以及集熱器的布置方式、根據(jù)建筑戶型設(shè)計合理的地板輻射采暖。關(guān)鍵詞：[太陽能熱利用]；[壁掛式燃?xì)忮仩t]；[供熱熱負(fù)荷]；[太陽能集熱器]目錄第一章緒論 1.1課題研究意義與背景11.2我國的太陽能資源與熱利用技術(shù)1.2.1我國的太陽能資源 1.2.2太陽能熱利用技術(shù) 1.3太陽能集熱系統(tǒng)1.3.1真空管太陽能集熱器的簡介 1.4燃?xì)獗趻鞝t系統(tǒng)1.4.1燃?xì)獗趻鞝t的簡介 1.4.2燃?xì)獗趻鞝t原理 1.5國內(nèi)外研究狀況第二章建筑概況 。2.1建筑概況22.2?設(shè)計參數(shù)22.2.1當(dāng)?shù)貧庀髤?shù) 102.2.2別墅室內(nèi)相關(guān)參數(shù) 11第三章熱負(fù)荷計算 23.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)23.2基本耗熱量計算23.2.1室內(nèi)外計算溫度 133.2.2溫差修正系數(shù) 143.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)附加耗熱量153.3.1風(fēng)力附加耗熱量 153.3.2高度修正耗熱量 153.3.3朝向修正耗熱量 153.4冷風(fēng)滲透耗熱量23.5冷風(fēng)侵入耗熱量23.6房間熱負(fù)荷計算第四章太陽能熱水采暖系統(tǒng)設(shè)計 4.1供熱系統(tǒng)方案的確定 4.2集熱器集熱面積的計算 4.2.1熱水負(fù)荷的計算 214.2.2集熱面積確定 224.3集熱器的選型4.4集熱器布置4.5熱水蓄水箱規(guī)格的確定與布置 4.5.1蓄熱水箱容積確定 23第五章太陽能采暖系統(tǒng)輔助熱源 5.1燃?xì)鉄崴趻鞝t5.1.1燃?xì)獗趻鞝t的選型及參數(shù) 25第六章低溫地板輻射采暖系統(tǒng)設(shè)計 6.1低溫地板輻射采暖6.2地板采暖盤管計算實例第七章太陽能采暖項目造價評估 7.1太陽能采暖集熱系統(tǒng)總造價第八章總結(jié) 參考文獻(xiàn) 附錄 2第1章緒論1.1課題研究意義與背景人類社會在不斷地發(fā)展進(jìn)。對于建筑面積以及對于建筑舒適度的要求的不斷提高，使得人類對于能源的需求與消耗大幅增長。根據(jù)我國的能源消費(fèi)報告中顯示：在多數(shù)國家對于建筑能耗的平均水平占該國一次能源總消費(fèi)的三成以上。對于發(fā)達(dá)國家，美日歐等發(fā)達(dá)國家的建筑能耗更是超過了世界平均水平[1]。近年來，我國的經(jīng)濟(jì)，軍事，科技都在穩(wěn)步發(fā)展，勢如破竹，但是在高速發(fā)展的背后，是能源的大量的消費(fèi)[2]。關(guān)于能源消費(fèi)，我國目前面臨的最大問題在于無論是能源種類還是能源儲備量都在世界前沿，對于利用能源，消費(fèi)分配不甚合理。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國煤炭可采儲量占世界前列，但相較于煤炭天然氣和石油等其他形式的化石能源，我國還是很依賴于從別國進(jìn)口，這樣會造成別國對于我國能源的封鎖，嚴(yán)重影響著我國的國家安全。作為一個人口大國，我國人均能源占有量與消費(fèi)量相較世界發(fā)達(dá)國家仍有一定差距。目前我國已在著手對能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行戰(zhàn)略性改革，一次能源消費(fèi)二十年內(nèi)已下降了3%左右，但收效甚微[3]。以中美兩國為例，依據(jù)2017年兩國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較顯示（表1.1），中美兩國的差異在于美國主要依賴石油與天然氣能源，而中國主要依賴煤炭化石能源，表1.1一次能源消費(fèi)比較對于煤炭資源的需求更是在六成以上，這一比例遠(yuǎn)超一眾發(fā)達(dá)國家，偏科嚴(yán)重，這一長期現(xiàn)象，體現(xiàn)出了中國是一個對煤炭資源依賴性很強(qiáng)的能源消費(fèi)大國，根據(jù)圖1.2中的數(shù)據(jù)顯示，中國煤炭消費(fèi)量所占比例高達(dá)60.2%，但美國的煤炭資源消費(fèi)量所占比例只占14.86%。即使對比2016年我國煤炭消費(fèi)量下降了1.14%，但對比于美國仍有很大差距。依據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2016年，中美兩國煤炭消費(fèi)比例差距為40.06%，而2017年我國圖1.22017年我國各形式能源占比情況圖1.32017年美國各形式能源占比情況煤炭消費(fèi)占比高出美國45.56%[4]。這也體現(xiàn)出，雖然我國的煤炭消費(fèi)占比有所下降，但美國與我國的差距卻在不斷地加大，但是差距并未縮小很多，進(jìn)步空間極大，因此需要對我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改革是非常有必要且具有很強(qiáng)的必要性。并且亟需擺脫對煤炭資源的依賴性，形式非常嚴(yán)峻。為盡力擺脫我國對一次能源的依賴性，可再生能源的環(huán)境友好性與清潔性是解決我國面臨的能源問題的最佳方案。相較于其他形式能源，我國的地理優(yōu)勢決定了我們發(fā)展太陽能的必要性，太陽能產(chǎn)業(yè)的崛起是大勢所趨。對于環(huán)境的保護(hù)也具有正向的，積極的作用。在全世界范圍內(nèi)，無論是學(xué)術(shù)界還是工程領(lǐng)域都對清潔、無限量的太陽能做了大量的實驗與研究，目前，太陽能熱利用的困難在于能源密度低，受天氣影響穩(wěn)定性差。在此條件下，目前使用實施的各種太陽能熱利用方案幾乎都不僅僅只利用太陽能一種能源形式，而是結(jié)合其他熱源作為輔助熱源以彌補(bǔ)單一能源形式的缺陷，從而實現(xiàn)互補(bǔ)互利的最優(yōu)解決方案，既節(jié)約了能源，又增加了太陽能熱利用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而采用這種太陽能系統(tǒng)不失為一種新能源采暖新形式，根據(jù)研究表明，此種方案為太陽能熱利用技術(shù)這一領(lǐng)域的研究提供了新的方向，在國內(nèi)已有一些高校浴室中裝配有燃?xì)忮仩t輔助太陽能聯(lián)合采暖與熱水系統(tǒng)的事例[5]。作為少數(shù)的利用后不產(chǎn)生有害物質(zhì)的清潔能源，太陽能具有易獲取、隨時利用、分布廣等特點(diǎn)。其環(huán)保價值和經(jīng)濟(jì)性不可估量。我國幅員遼闊，擁有得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢，，全年日照時間超過2200小時的地區(qū)占全國的2/3，北京市地處京津冀平原，其經(jīng)緯所在使得該地的冬季寒冷，又由于在郊區(qū)山地較多海拔高。供暖期間，主要供暖形式依賴于燃煤或燃?xì)?，尤其是燃煤，對于大氣的污染是非常?yán)重的，使得冬季采暖直接造成呼吸道疾病的人數(shù)每年都在攀升。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，項目所在地北京市房山區(qū)當(dāng)?shù)仃柟庹丈鋾r長超過3000h，當(dāng)?shù)靥柲苣茉摧^為豐富，非常具備太陽能熱利用經(jīng)濟(jì)價值的條件[7]。1.2我國的太陽能資源與熱利用技術(shù)1.2.1我國的太陽能資源利用可再生能源作為未來的清潔能源已經(jīng)成為了未來社會發(fā)展的必要趨勢，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減清化石能源開采利用的壓力。在世界范圍內(nèi)，太陽能資源最為豐富的地區(qū)在澳洲，非洲北部等地。而我國與朝鮮，歐洲西南部，非洲中部等區(qū)域均列為太陽能資源中等豐富地區(qū)。作為世界上太陽能資源較為豐富的國家，我國擁有著廣袤的青藏高原和內(nèi)蒙古草原，與印巴等國不相上下，若用于發(fā)電可滿足全國所需發(fā)電量。另外，太陽能也有這些特點(diǎn)：1、使用方便，易獲取。不需要像天然氣專門布置供應(yīng)管道，使用方便。2、能量巨大，其基數(shù)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有任一單一資源。3、經(jīng)久不衰，從某種意義上來講，太陽是永不消亡的，其能量取之無盡，用之不竭。4、清潔，干凈，在利用后不產(chǎn)生任何類似于二氧化碳等溫室氣體，反之若合理應(yīng)用還可吸收。二氧化碳減少溫室氣體的含量。5、安全可靠，相較于核能，其可靠性不言而喻，即使相比于傳統(tǒng)化石能源也要安全數(shù)倍。我國西部地區(qū)塔里木、內(nèi)蒙、青藏高原等地日照時數(shù)超過3000小時，年日照率＞70%是我國太陽能得熱最多的地域[8]。相較于其他地區(qū)，有著極強(qiáng)的地理優(yōu)勢，若利用好該地區(qū)的荒漠，草原等平坦地勢的特點(diǎn)，則可以大大緩解我國能源利用急迫的形式。另外，我國幅員遼闊，經(jīng)緯度跨度大，因此太陽資源分布差異性明顯，北部高于南部，西部高于東北部。對于本項目而言，北京地處華北平原，相較于南方，更適合太陽能熱利用系統(tǒng)的安裝與使用，只有選擇適宜的安裝區(qū)域，才能保證高效的利用率。如表1-1所示，按照太陽能輻照量的大小分布情況，各省市自治區(qū)可歸于如下五類：表1-1我國太陽能分布區(qū)1.2.2我國的太陽能利用技術(shù)目前，應(yīng)用技術(shù)較為成熟的太陽能利用方式有：太陽能熱水系統(tǒng)（光-熱轉(zhuǎn)化）、太陽能發(fā)電（光-電轉(zhuǎn)化）、光-化學(xué)能轉(zhuǎn)化、光-生物能轉(zhuǎn)化。本課題所設(shè)計的太陽能-燃?xì)忮仩t聯(lián)合供熱系統(tǒng)為典型的光-熱轉(zhuǎn)化型系統(tǒng)。集熱器經(jīng)太陽能照射吸收，將傳熱介質(zhì)加熱至所需溫度，經(jīng)由散熱裝置達(dá)到供暖目的。當(dāng)下市面常見且生產(chǎn)技術(shù)和使用效率比較高的集熱器形式有真空管與平板型兩種，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)需要，選擇合適的集熱器完成系統(tǒng)設(shè)計。1.3太陽能集熱系統(tǒng)1.3.1真空管太陽能集熱器的簡介真空管太陽能集熱器通常由若干只真空管組成，真空集熱管由透明的外管和吸熱體組成，吸熱體可以是圓管狀、平板狀、或其它形狀，材質(zhì)可以是玻璃，吸熱體放在透明的外管內(nèi)，吸熱體與外管之間抽成真空。1975年，美國Owens公司和GM電氣公司首次將全玻璃真空集熱管展示給世人，該產(chǎn)品的橫空出世預(yù)示著太陽能熱利用進(jìn)入了多元化發(fā)展階段。之后各發(fā)達(dá)國家也開始了對集熱管的設(shè)計開啟了探索之路，可見太陽能的利用在科學(xué)領(lǐng)域上的重要地位。目前，真空集熱管應(yīng)用廣泛，應(yīng)用于供暖用水、生活用水、產(chǎn)品原料的脫水處理，太陽能制冷空氣調(diào)節(jié)、利用閃蒸技術(shù)實現(xiàn)淡水制取等各個工業(yè)用途[10]。按照吸熱體材料，真空管太陽能集熱器可分為：（1）全玻璃真空管集熱器（2）金屬吸熱體真空管集熱器本項目涉及太陽能熱水系統(tǒng)部分設(shè)計計劃采用真空管集熱器。作為集熱器的主體部分，集熱管的結(jié)構(gòu)為一端開口，一端封閉，水從開口處進(jìn)入，被吸熱涂層通過熱交換被加熱至所需溫度。彈簧支架將內(nèi)玻璃管圓頭端支撐在外玻璃管內(nèi)表面形成消氣劑通過高頻感應(yīng)加熱蒸散，在集熱管圓頭端的內(nèi)玻璃管外表面和外玻璃管內(nèi)表面和外玻璃管內(nèi)表面形成消氣劑膜，用于吸收集熱管在工作中玻璃，彈簧卡子、涂層等釋放出來的氣體以及通過內(nèi)、外玻璃管滲透到集熱管真空夾層的真空度[11]。1.4燃?xì)獗趻鞝t系統(tǒng)1.4.1燃?xì)獗趻鞝t的簡介燃?xì)獗趻鞝t，顧名思義是通過利用天然氣燃燒后產(chǎn)生的熱量加熱熱媒通過水泵經(jīng)管道循環(huán)在散熱端實現(xiàn)供暖。近年來煤改氣的新政的改革，目前的燃?xì)獗趻鞝t技術(shù)比較成熟且高效，使用燃?xì)獗趻鞝t可以減少對煤炭等化石燃料的消耗，相較于一般以煤為燃料的鍋爐，該設(shè)備具有安裝方便，體積小，清潔，環(huán)保，升溫快等特點(diǎn)，為響應(yīng)國家“煤改氣”的政策，改用燃?xì)忮仩t已是大勢所趨，同時也能促進(jìn)我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改革與調(diào)整。天然氣的污染小排放清潔。該系統(tǒng)主要由如下幾部分組成，包括主體、內(nèi)置循環(huán)水泵、控制系統(tǒng)、管道和閥門等部件。燃?xì)獗趻鞝t無論在學(xué)校、辦公樓，還是家用，均可以輕松為大面積各樓層提供房屋所需耗熱量?？梢愿鶕?jù)需求單獨(dú)控制各房間供暖，設(shè)定不同溫度，可輕松的實現(xiàn)差異化供暖，某些燃?xì)忮仩t還可以提供恒溫?zé)崴?，如東莞市艾瑞科熱能設(shè)備有限公司生產(chǎn)的L1PB24-D型號燃?xì)獗趻鞝t，可以提供30-60℃的衛(wèi)浴用水，30-60℃的恒溫采暖熱水。作為煤改氣的主角，燃?xì)獗趻鞝t的主要任務(wù)為房間供暖，次要功能提供恒溫?zé)崴糜趶N房與衛(wèi)浴等場所。燃?xì)獗趻鞝t兼具了供暖與熱水功能，夏季可直接只供應(yīng)熱水。由于燃?xì)獗趻鞝t需要長期工作，因此從工藝角度上而言，壁掛爐的安裝過程要求十分嚴(yán)格。為保證精準(zhǔn)的室溫控制以及用戶的使用安全，燃?xì)獗趻鞝t的溫控以及安全保護(hù)措施也是有著嚴(yán)格的要求。相比于常規(guī)燃?xì)鉄崴?，壁掛爐的應(yīng)用更加廣泛，可靠性更高[12]。1.4.2燃?xì)獗趻鞝t原理如圖1.4，工作流程如下：溫控傳感器向鍋爐傳遞加熱信息。風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)向燃燒倉施加負(fù)壓，為燃燒倉提供空氣。此時，天然氣進(jìn)入爐體經(jīng)與空氣混合后點(diǎn)火燃燒。加熱傳熱介質(zhì)即供暖用水，通過循環(huán)水泵在散熱端為室內(nèi)供熱，溫度下降后重復(fù)上述循環(huán)過程。由于壁掛爐自帶循環(huán)水泵，因此，不需要再增設(shè)多余的循環(huán)水泵。燃?xì)獗趻鞝t優(yōu)勢還在于可以供暖，還能將水加熱后作為日常洗漱，沐浴使用，具有“一機(jī)兩用”的優(yōu)點(diǎn)，為日常的生活提供了便利，本課題將太陽能真空集熱器與燃?xì)獗趻戾仩t協(xié)同工作，力求采暖，生活兼?zhèn)涫褂玫奶攸c(diǎn)。圖1.4燃?xì)獗趻鞝t工作原理圖我國目前的能源利用背景依然是以煤炭占比較高，石油天然氣占比低的尷尬處境。在城市集中供暖常見形式通過燃燒煤炭、天然氣等燃料取暖，其具有采暖消費(fèi)較低，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)的特點(diǎn)，但這種方式對于環(huán)境的影響是巨大的，同時隨著供暖質(zhì)量、采暖收費(fèi)、煤改氣的政策實施等問題的日益凸顯。使得新形式的供暖方式——燃?xì)獗趻鞝t供暖問世。它的優(yōu)勢明顯：1、節(jié)省了城市供熱配套設(shè)施費(fèi)用2、免除了采暖費(fèi)收取工作并節(jié)約了人員支出等費(fèi)用3、其使用花費(fèi)與集中供暖花費(fèi)相差無幾，大約8-10m3/日。2、一機(jī)兩用，不但加熱采暖用水還可加熱衛(wèi)浴用水，綜合性強(qiáng)。5、節(jié)省了管網(wǎng)鋪設(shè)費(fèi)用。6、獨(dú)立供暖，可根據(jù)自身情況隨時調(diào)節(jié)供熱溫度與開始供暖時間。7、克服了常規(guī)鍋爐房耗資巨大、設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)生大量灰塵，有害氣體污染環(huán)境的缺點(diǎn)8、操作簡單，安全可靠[13]。第二章建筑概況2.1建筑概況北京房山區(qū)德龍苑D戶型別墅太陽能供熱系統(tǒng)，形式為太陽能+輔助熱源供熱系統(tǒng)，響應(yīng)國家節(jié)能減排，合理利用新型能源的號召，為實現(xiàn)2030年碳達(dá)峰碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)打好堅實基礎(chǔ)。根據(jù)實際熱源使用情況選擇燃?xì)忮仩t作為輔助熱源進(jìn)行輔助采暖。本項目為二層別墅，建筑面積為216.9m2，一層126.9m2房高3.5m；二層90m2，層高3.0m，平面圖如圖2.1與2.2：一樓戶型設(shè)計集用餐，休閑，學(xué)習(xí)工作于一身，兼具了多項功能，設(shè)計非常人性化，滿足家庭各成員的各項基本需求。二樓包含主臥、次臥共四間臥室，同時有浴室以及男女更衣室等私密空間滿足當(dāng)代人對于私密性，采光等要求。對于現(xiàn)代人的生活習(xí)慣具有良好的契合度。該別墅具有濃厚的美式鄉(xiāng)村風(fēng)格，結(jié)合中國的建筑元素獨(dú)具創(chuàng)新。開放式的庭院既將美國人的開放自由體現(xiàn)的淋漓盡致同時與別墅相結(jié)合兼顧了中式特有的內(nèi)斂包容的特點(diǎn)。使得該建筑的獨(dú)特性得以體現(xiàn)。圖2.1房屋一層分布圖圖2.2房屋二層分布圖2.2?設(shè)計參數(shù)2.2.1室外氣象參數(shù)本項目系統(tǒng)地處北京市房山區(qū)市，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料可知海拔:26m（最低）緯度:東經(jīng)115°25′-116°15′北緯39°30′-39°35′平均大氣壓:102.04kpa室外采暖溫度：-9℃(冬季)；采暖天數(shù):129天；室外平均風(fēng)速：2.80m/s；年輻射總量：5016-5852mj/(㎡?a)日照百分率:42％冬季平均日照輻射時間：9h/day2.2.2別墅室內(nèi)相關(guān)參數(shù)冬季采暖原則就是保證人員舒適，為滿足人體基本的需求，在選擇室內(nèi)計算溫度時，要依據(jù)并嚴(yán)格按照現(xiàn)有的國標(biāo)，根據(jù)國標(biāo)顯示，室內(nèi)計算溫度的范圍選擇在15-22℃這一區(qū)間[14]。依照行標(biāo)并參照專業(yè)教材《供熱工程（第四版）》中附錄表1-1，中輔助建筑物與輔助用室的冬季室內(nèi)計算溫度規(guī)定，除個別特殊輔助用室外，認(rèn)為當(dāng)人經(jīng)?；顒拥姆块g，當(dāng)室內(nèi)計算溫度在18℃-20℃左右時為人體能感知的最舒適溫度，因此住宅以房間為單位室內(nèi)計算溫度的取值統(tǒng)計如下：餐廳、起居室、早餐室、廚房、門廳：18℃ 臥室1 、臥室2、臥室3：20℃家庭室：18℃ 浴室：25℃ 衛(wèi)生間：20℃學(xué)習(xí)室 ：20℃洗衣間：18℃工作室：20℃主臥室 ：20℃更衣室 ：23℃第三章熱負(fù)荷計算3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)1、外墻(外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，240磚墻，外鋪加泡沫保溫板，兩面附水泥平面）:主體厚度:0.24m，λ=0.81W/(m·℃)抹灰厚度:0.04m，λ=0.86W/(m·℃)保溫層厚度：0.02m，λ=0.03W/(m·℃)總厚度：0.3mRK2、采暖房間與無熱負(fù)荷需求房間的墻體（房間溫差過大，為保證室內(nèi)溫度，防止熱量損失，墻體需做保溫）:主體厚度：0.24m，λ=0.81W/(m·℃)抹灰厚度：0.02m，λ=0.86W/(m·℃)擠塑泡沫保溫：0.01m，λ=0.04W/(m·℃)R2K3、采暖房間之間的墻體（溫差小，不需要再做保溫）:磚墻厚度：0.24m，λ=0.81W/(m·℃)抹灰厚度：0.02m，λ=0.86W/(m·℃)R3K4、外窗:金屬框兩層玻璃窗。K=3.27W/(㎡·C)（北方冬季干燥，實木窗雖然保溫性好，但易開裂，壽命短。）5、雙層實體木外門，K=2.32W/（㎡·℃）6、單層實體木內(nèi)門，K=2.92W/（㎡·℃）7、一層屋頂（鋼混結(jié)構(gòu)制樓板）:樓板厚度：0.12m,λ=1.75W/（㎡·℃）抹灰厚度：0.02m，λ=0.86W/(m·℃)R4K8、二層頂棚（鋪設(shè)木屑保溫，鋪瀝青油氈做防水層）:主體厚度：0.12m，λ=1.74W/（m·℃）保溫層厚度：0.05m,λ=0.03W/（m·℃），瀝青油氈厚度：0.005m，λ=0.17W/（m·℃）抹灰厚度：0.01m，λ=0.87W/（m·℃）RK以上數(shù)據(jù)由，均通過查閱《供熱工程》附錄1-4得9、地面?zhèn)鳠嵯禂?shù):由于內(nèi)外溫差較大，建筑外地下土壤與室內(nèi)進(jìn)行換熱，室內(nèi)熱量在逐漸向室外傳導(dǎo)。但因在建筑中心與建筑外圍距離不同，對于熱量的影響也不甚相容，因此工程上設(shè)定地帶傳熱系數(shù)，用以更為精準(zhǔn)的估算出房間實際熱負(fù)荷數(shù)值，一般分為四個地帶，四個地帶劃分原則及尺寸面積計算如下圖：圖3.1地帶劃分（黑色部分需要計算兩次）不同的地帶傳熱系數(shù)取值如下表3.1非保溫地面?zhèn)鳠釤嶙枧c傳熱系數(shù)所示：表3.1非保溫地面?zhèn)鳠釤嶙枧c傳熱系數(shù)3.2基本耗熱量計算?計算說明：本項目的建筑采暖所需熱負(fù)荷包括外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量與外門外窗的冷風(fēng)滲透耗熱量，不計其他形式耗熱量。由于人體散熱、照明設(shè)備和電器散熱等對于采暖有利，因此不包含在建筑基本耗熱量的計算中。圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量計算公式如下：Q1=KF(t式中:K-各圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)；F-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積，m2;α-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù);tn-室內(nèi)空氣計算溫度，℃;tw-室外計算溫度,℃；3.2.1室內(nèi)外計算溫度(1)室內(nèi)計算溫度我們規(guī)定：該溫度為別墅內(nèi)從地面開始算起向上2米范圍之間的空間的各房間室內(nèi)平均空氣溫度。參考國標(biāo)《暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:在冬季，民用建筑中人員長期活動的房間的供暖溫度一般選取18℃的主要房間,取值范圍為16-20℃。北京當(dāng)?shù)厥彝庠O(shè)計溫度為-9℃[12]。故常見溫差在27℃，其中浴室為25℃，更衣室23℃。(2)室外設(shè)計溫度由于地理位置不同，因此在冬季，不同地區(qū)的室外溫度也不同，并且隨著溫室效應(yīng)的加劇，每年的平均溫度也會有出入，其確定原則為自開始統(tǒng)計那一年起至今的平均溫度。另外，由于氣候變化，一年中總會有幾日的溫度低于設(shè)計溫度，一般不作為參考。各個國家對于該數(shù)字的規(guī)定也不太一樣，常見的有1、3、5天？。3.2.2溫差修正系數(shù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)的取值采暖有著至關(guān)重要的影響，由于各房間溫度不同，兩房間的溫度相差過大會導(dǎo)致溫度較高的房間的熱量散失，兩屋之間存在著換熱，因此需要利用修正系數(shù)使耗熱量更加準(zhǔn)確。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻厚、是否增鋪保溫材料、透氣好壞均是修正系數(shù)的影響因素。保溫性能與通風(fēng)性能較佳的圍護(hù)結(jié)構(gòu)其值偏大，因為就非采暖房間而言，該溫度與室外環(huán)境空氣設(shè)計溫度相差不大一般不進(jìn)行修正，其溫差修正系數(shù)取值更接近于1。若兩個相鄰房間或空間的溫度相差超過5°C，要將各空間之中的隔墻或樓板由于溫差產(chǎn)生的傳熱量計算在內(nèi)，視具體情況選擇合適的維護(hù)結(jié)構(gòu)修正系數(shù)取值。由于本項目中各房間之間的內(nèi)墻兩側(cè)房間溫差并未出現(xiàn)超過5攝氏度的情況，因此不需考慮兩房間的傳熱量。3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)附加耗熱量圍護(hù)結(jié)構(gòu)附加耗熱量按基本耗熱量的百分?jǐn)?shù)計算?？紤]了各項附加后，某面圍護(hù)物的傳熱耗熱量（3.2）式中： -該圍護(hù)物的基本耗熱量，W；-朝向修正；-風(fēng)力修正；-兩面外墻修正；-窗墻面積比過大修正；-房高修正；-間歇附加。3.3.1風(fēng)力修正耗熱冬季刮風(fēng)會降低室外溫度，同時也會帶走室內(nèi)的熱量，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱。因此，必須要將室外空氣流動帶走的這部分熱量包含在內(nèi)。需要對維護(hù)機(jī)構(gòu)負(fù)荷進(jìn)行附加修正。冬天的北方風(fēng)速較大，絕大多數(shù)城市的一般平均風(fēng)速的取值范圍在3米每秒上下，北京市的風(fēng)力速度為2.8m/s。因此在《暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范》中認(rèn)為:除特殊場景，一般不進(jìn)行風(fēng)力修正。對于建在周邊無障礙物不避風(fēng)的建筑物，或在城市與廠內(nèi)樓層較高的建筑物，作為修正，必須在該建筑垂直方向上外圍護(hù)結(jié)構(gòu)增加5%-10%左右熱負(fù)荷，以考慮風(fēng)力增大的影響。本項目位于北京市房山區(qū)，年平勻風(fēng)速在2.8米每秒,因此不進(jìn)行風(fēng)力修正熱負(fù)荷。3.3.2高度修正耗熱由于部分建筑超過四米因而增大了房子圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷有一定的作用，會干擾最終結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷。因此設(shè)定建筑高度附加耗熱量作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量的修正。規(guī)定如下：一般工業(yè)與民用建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷，隨高度增加而增加。以四米為基礎(chǔ)，每上升1米就會多出2%的外墻熱負(fù)荷。對于常見工程案例而言，一般附加率不會超過總負(fù)荷的0.15倍。注:建筑總熱負(fù)荷等于所有修正后的附加熱負(fù)荷，包括高度修正，若建筑高度≤4m,不再進(jìn)行修正。3.3.3朝向修正耗熱無論是國內(nèi)還是國外，多數(shù)建筑的建筑形式均是坐北朝南，目的是盡可能利用南面朝陽面吸收太陽的能量以減少白天建筑總熱負(fù)荷，以達(dá)到節(jié)能的目的。又因為太陽能對于熱負(fù)荷的影響比較大，因此建筑總熱負(fù)荷的計算的過程中必須要進(jìn)行建筑熱負(fù)荷朝向修正。此耗熱量的計算是非常有必要的。由于建筑的陽面在得熱，建筑熱負(fù)荷減少；陰面在失熱，建筑熱負(fù)荷增大。所以修正規(guī)則為，朝陽面進(jìn)行負(fù)向修正，陰坡面進(jìn)行正向修正。具體修正率的取值在《規(guī)范》中有明確規(guī)定各個朝方修正率如下：表3.2房屋不同朝向修正率朝向北（0~10%）東北，西北（0~10%）西南，東南（-10%—-15%）東（-5%）西（-5%）南（-15%—-30%）修正系數(shù)1%1%1%0%0%-5%-5%-15%/-20%3.4冷風(fēng)滲透耗熱量計算無論現(xiàn)在工藝如何成熟，都無法做到完全無縫隙。因為門窗存在縫隙，在內(nèi)外大氣差的存在，冷風(fēng)經(jīng)縫隙進(jìn)入到房間內(nèi)。由于存在溫差，室內(nèi)的熱量會加熱進(jìn)入到房間的內(nèi)的冷風(fēng)。所耗費(fèi)的熱量增大了室內(nèi)的熱負(fù)荷，吸收室內(nèi)熱量后滲出。由于滲透進(jìn)室內(nèi)的空氣耗熱較高，因此不能忽略不計。門窗滲入空氣量:V=L×L0×nL0-每米縫隙進(jìn)入房間的空氣，L-獨(dú)立窗間隙的總長度，n—朝向修正系數(shù)冷風(fēng)滲透耗熱量:Q2=0.278VρCp式中:V-由縫隙進(jìn)入建筑中空氣體積，m3/h;ρ-室外空氣密度，kg/m3；Cp-冷風(fēng)定壓比熱；tn-室內(nèi)空氣計算溫度，℃;tw-室外采暖溫度,℃；3.5冷風(fēng)侵入耗熱量計算建筑外冷內(nèi)熱，室內(nèi)氣體由于熱脹冷縮，體積膨脹。室內(nèi)氣壓大于室外氣壓。當(dāng)人員從外部經(jīng)門進(jìn)入到建筑中時。室內(nèi)空氣從門溢出，冷風(fēng)補(bǔ)充到室內(nèi)。由于存在溫差，低溫空氣被加熱至室內(nèi)溫度。加熱這部分的冷空氣還需要繼續(xù)耗熱，這無疑會增加室內(nèi)的熱負(fù)荷。計算如下：Q3=Q'N（3.5）式中:N-冷風(fēng)侵入附加率Q'-外門耗熱量,W表3.4門附加率3.6各房間總熱負(fù)荷計算面積丈量原則：=1\*GB3①外墻面積：標(biāo)準(zhǔn)層高度取值從由該層地面開始到第二層地面的距離確定。二層計算方式參照上例。寬度取值為外表面墻長寬尺寸由別墅建筑外墻輪廓計算。若兩個空間相近時，則認(rèn)定兩者間的墻體中軸線為分隔標(biāo)準(zhǔn)。=2\*GB3②門窗面積：依照建筑外表面墻不計墻厚的內(nèi)空凈尺寸，即凈空尺寸。=3\*GB3③地面面積丈量：對于一層需計算建筑地面熱負(fù)荷，一般從建筑外墻內(nèi)部開始空間中心方向向內(nèi)計量房間內(nèi)部地面周長的長度計算。=4\*GB3④頂棚面積：從外墻外部開始按建筑外部周長長度計算總面積。1、建筑一層起居室熱負(fù)荷計算過程：一層起居室及圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.2：圖3.2一層起居室戶型平面圖室內(nèi)設(shè)計溫度：18℃室外計算采暖溫度：-9℃?zhèn)鳠崦娣e計算:南外窗:F=1×1.8×2=3.6㎡西外窗：F=2×2×2=8㎡南外墻：F=（4.1+0.3+0.13）×3.5?3.6=12.26㎡西外墻：F=6×3.5?8=13㎡地面1：F=4.1×2+6×2=20.2㎡地面2：F=2.1×2+2×2=8.4㎡地面3：F=0.1×2=0.2㎡圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量計算：=1\*GB3①南外窗:查表可知，雙層鋼窗傳熱系數(shù)K=3.26W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1（由于建筑內(nèi)各房間設(shè)計溫度相差低于5℃，因此不進(jìn)行溫差修正）圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q朝向修正：-20%（南向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==2\*GB3②南外墻：傳熱系數(shù)K=0.85W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量:Q朝向修正：-20%（南向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==3\*GB3③西外窗:K=3.26W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q朝向修正：-5%（西向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==4\*GB3④西外墻：傳熱系數(shù)K=0.85W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q朝向修正：-5%（西向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==5\*GB3⑤地面1:傳熱系數(shù)K=0.47W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q=6\*GB3⑥地面2:傳熱系數(shù)K=0.0.23W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q=7\*GB3⑦地面3:傳熱系數(shù)K=0.12W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q維護(hù)結(jié)構(gòu)總耗熱量：Q=1796.38W門窗滲入空氣量：V=L·L0×n=1.8×11.2×0.15=3m3冷風(fēng)滲透耗熱量：Q一層起居室房間總耗熱量：Q2、建筑二層臥室2熱負(fù)荷計算過程：二層臥室2及圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.3所示：圖3.3二層臥室2戶型平面圖室內(nèi)設(shè)計溫度：20℃室外計算采暖溫度：-9℃?zhèn)鳠崦娣e計算:南外窗:F=1×1.8×2=3.6㎡西外窗：F=1×1.8=1.8㎡南外墻：F=（4.1+0.3+0.13）×3?3.6=10㎡西外墻：F=（4.3+0.3+0.13）×3?1.8=12.39㎡屋頂：F=（4.3+0.3+0.13）×（4.1+0.3+0.13）÷cos30°=24.74㎡圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量計算：=1\*GB3①南外窗:查表可知，雙層鋼窗傳熱系數(shù)K=3.26W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量Q朝向修正：-20%（南向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==2\*GB3②南外墻：傳熱系數(shù)K=0.85W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q朝向修正：-15%（南向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==3\*GB3③西外窗:K=3.26W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q朝向修正：-5%（西向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==4\*GB3④西外墻：傳熱系數(shù)K=0.85W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q朝向修正：-5%（西向修正）修正后圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q==5\*GB3⑤屋頂:傳熱系數(shù)K=0.52W/(㎡·℃)溫差修正系數(shù)α取1圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量：Q圍護(hù)結(jié)構(gòu)總耗熱量：Q=1223.01W門窗滲入空氣量：V=L·L0×n=0.15×1.8×（1+1.8）×2×2=3.02m3冷風(fēng)滲透耗熱量：Q一層起居室房間總耗熱量：Q其余房間熱負(fù)荷計算見附錄表1本設(shè)計總熱負(fù)荷：14767.54W本項目建筑面積為216.9m2，一層126.9m2房高3.5m；二層90m2，最高3.0m采暖熱指標(biāo)為：68.1W/㎡第四章太陽能熱水采暖系統(tǒng)設(shè)計4.1供熱系統(tǒng)方案的確定本系統(tǒng)為民用別墅建筑，選擇熱水供暖系統(tǒng)，利用太陽能集熱器和燃?xì)忮仩t聯(lián)合供暖，既可以滿足人員在室內(nèi)對于溫度穩(wěn)定性的要求，也可滿足室內(nèi)成員對于生活用熱水的需求，一舉兩得?？紤]到該建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此系統(tǒng)利用真空管太陽能熱水集熱器為主，家用燃?xì)獗趻鞝t作為輔助。真空管集熱器排列在別墅主體屋頂與連廊屋頂進(jìn)行安裝，同時還需滿足該系統(tǒng)可以自動補(bǔ)充熱水、燃?xì)忮仩t及時點(diǎn)火加熱和及時向散熱器端泵送熱水等功能，力求達(dá)到操作便捷，簡單，安全的最終目標(biāo)[15]。該系統(tǒng)的特點(diǎn)就是運(yùn)行過程不需人為過多干預(yù)，自控系統(tǒng)自主控制運(yùn)行。以太陽能集熱器系統(tǒng)為主要供熱系統(tǒng)，白天，當(dāng)太陽升起時，此刻真空管集熱器開始工作，吸收太陽熱量，加熱熱水。直至水溫到達(dá)至設(shè)計溫度。若遇到光照不能滿足室內(nèi)熱負(fù)荷的情況時，其余熱量由輔助熱源補(bǔ)充加熱。以滿足供暖需求。4.2集熱器集熱面積的計算4.2.1供熱負(fù)荷的計算1.采暖負(fù)荷根據(jù)前面計算可知，該別墅各房間總采暖負(fù)荷為14767.54W2.熱水負(fù)荷查閱相關(guān)資料參考《建筑給排水規(guī)范》可知，可將建筑內(nèi)供暖給水溫度為50℃，北京房山當(dāng)?shù)厮葹?℃。依據(jù)集熱器供水溫度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)可取為44℃，則真空管集熱器系統(tǒng)中介質(zhì)溫度變化值△T=44℃?5℃=39℃。別墅住宿人口6人，要滿足別墅內(nèi)人員每天用水需求，至少每人需要約50kg的生活熱水量（50℃），總需熱水量：300kg，平均用水量：12.5kg/h,每天晚6:00-晚10:00,為高峰用水時間，用水總和：50kg系統(tǒng)中，該太陽能采暖系統(tǒng)中具體循環(huán)熱水流量可由下式確定：G=0.86∑Qgit式中，G太陽能采暖所需熱水流量，kg/h；∑Qgi建筑總熱負(fù)荷，W；tg采暖設(shè)備供水溫度，℃；th采暖設(shè)備回水溫度，℃；0.86為換算系數(shù)。循環(huán)用水流量G＝0.86×14767.54/(45?5)=317.5kg/h。真空管熱水集熱器采暖系統(tǒng)總負(fù)荷：12.5×（45?5）/0.86=581.4W；系統(tǒng)附加上熱水符合后實際總負(fù)荷：14767.54+581=15348.54W；4.2.2集熱面積的確定1.太陽輻照量計算通過查詢相關(guān)氣象資料，可得北京市房山區(qū)全年各月太陽輻射平均值如表4.1表4.1北京房山區(qū)太陽輻照量平均值（千卡/cm2）月份123456789101112輻照量6.67.911.713.115.915.413.112.411..由表可知：北京房山區(qū)全年太陽輻照量128.3千卡/cm2采暖期太陽輻照量：Q=6.6+7.9+（11.7+6.2）《北京市供熱采暖管理辦法》中明確規(guī)定：北京市2020年供暖時間段為2020年11月15日到2021年3月15日，不考慮延遲情況，共120天。太陽輻照量采暖期日平均值：Q2.太陽能集熱器集熱面積：Ac=86400×Q式中Ac-實際所需真空管太陽能集熱器面積，㎡; Qh-建筑物耗熱量,W;JT-太陽輻照量采暖期日平均值，取10.08MJ/(㎡·d)％;f-太陽能保證率，取30%;ηcd-相較于實際所需面積集熱器平均集熱效率，取0.59%;ηL-水箱和輸送設(shè)備熱損失率,取11%。代入公式，得集熱面積Ac=60.12㎡4.3集熱器的選型根據(jù)計算所得集熱面積，結(jié)合工程實際情況以及安裝現(xiàn)場施工條件，由于屋頂可鋪設(shè)集熱器面積有限，為提高效率而選擇使用帶有反射器的真空管集熱器，以提高集熱效率。集熱器具體參數(shù)如下：1.橫置雙排全玻璃太陽能真空管集熱器，型號MGCBUK58/1800/50/30°廠家：四季沐歌太陽能，管數(shù)50根，真空管集熱管外徑為58mm，管長為1800mm,集熱面積為8.4㎡。聯(lián)箱材質(zhì)：外彩鋼板，內(nèi)304（2B）不銹鋼，支架材料：熱鍍鋅角鋼。外形尺寸：3800mmⅹ2080mm。2.橫置雙排真空管集熱器，MGCBUK58/1800/30/30°廠家：四季沐歌太陽能，管數(shù)30根，集熱管直徑為58mm，長度為1800mm,集熱面積為5.04㎡。聯(lián)箱材質(zhì)：外彩鋼板，內(nèi)304(2B)不銹鋼，支架：熱鍍鋅角鋼。外形尺寸：3800mmⅹ1205mm,如圖4.1所示。圖4.1太陽能真空管集熱器4.4集熱器的布置根據(jù)計算所需集熱面積，確定集熱器臺數(shù)，共需6臺標(biāo)準(zhǔn)MGCBUK58/1800/50/30°與3臺標(biāo)準(zhǔn)MGCBUK58/1800/30/30°，其中6臺大型集熱器擺放著別墅二層屋頂正南面，3臺小型集熱器擺放在門廊頂，所有集熱器均平面安裝在屋頂，采用混和聯(lián)接的形式東西向橫置[16]，見圖4.2。集熱水箱置于車庫角落.這9臺集熱器理論上可以完全滿足建筑熱負(fù)荷，當(dāng)天氣晴朗，陽光充足時不用燃?xì)忮仩t工作。圖4.2太陽能集熱器平面布置圖4.5熱水蓄水箱規(guī)格的確定與布置4.5.1蓄熱水箱容積確定由前計算結(jié)果可知，本系統(tǒng)應(yīng)配套使用用以儲存流動工質(zhì)的蓄熱水箱，要求能夠容納所需熱水量和保溫能力。同時該蓄熱水箱也應(yīng)具有一定防腐蝕性能。一般內(nèi)膽材料為304不銹鋼，外殼材料不一，二者間必須需填充用以保溫的復(fù)合材料以保證水溫。蓄熱儲水箱的容量根據(jù)實際用水選擇合適的水箱型號[17]。公式如下：（4.3）式中V有效容積，m3；C比熱容，kJ/（kg·℃）；密度，kg/m3；水箱內(nèi)水的平均最高溫度，℃；水箱內(nèi)水的平均最低溫度，℃；K熱水供給過程中熱量損失修正；K水箱儲水過程中熱量損失系數(shù)；h箱中熱水熱量可供采暖使用時間，小時；系統(tǒng)所需總供熱量，W。結(jié)合系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)，代入公式中，確定要滿足別墅采暖該系統(tǒng)的蓄熱水箱需要容納2.89m3體積的熱水。選擇3臺容積為1m3保溫水箱，其參數(shù)如表4.2：表4.2蓄水箱參數(shù)表型號公稱容積M3長(mm)寬(mm)高(mm)公稱壓力(MPa)總蓄熱量(Kcal)CV3.0-1.03.03000100010000.112.4×104第五章太陽能采暖系統(tǒng)輔助熱源5.1燃?xì)鉄崴趻鞝t5.1.1燃?xì)鉄崴趻鞝t的選型及參數(shù)在氣溫驟降而蓄熱水箱的熱水量有限時，因此太陽能集熱系統(tǒng)需要搭配輔助熱源以確保能在穩(wěn)定工況下運(yùn)行。對于吸收的太陽能熱量應(yīng)滿足在陽光光照充足條件下能夠獨(dú)立完成采暖任務(wù)。在考慮到太陽能熱利用具有些許不確定因素，在采暖過程中應(yīng)優(yōu)先選擇太陽能系統(tǒng)，將輔助熱源系統(tǒng)作為應(yīng)急保障。因此，當(dāng)氣溫突變，陰雨雪天時，為應(yīng)對上述可能會出現(xiàn)的問題，選擇輔助熱源為太陽能系統(tǒng)補(bǔ)充熱量就顯得尤為重要。本項目選用燃?xì)獗趻鞝t。要求燃?xì)獗趻鞝t能滿足建筑總負(fù)荷的50%以上，型號為歐能（Auron）JLG20-BTB（冬日陽光）型燃?xì)忮仩t（圖5.1）。圖5.1歐能燃?xì)獗趻鞝t單臺燃?xì)獗趻鞝t工作時的負(fù)荷率≥50%，為7383.77W。選用歐能（Auron）JLG20-BTB（冬日陽光）型燃?xì)忮仩t，其技術(shù)參數(shù)如下表5.1：壁掛爐不但能夠滿足日常的采暖需求還可提供衛(wèi)浴需求，但是燃?xì)獗趻鞝t提供衛(wèi)浴需求和采暖所需消耗功率不同。長期高低功率運(yùn)轉(zhuǎn)會導(dǎo)致燃?xì)獗趻鞝t壽命縮短。而太陽能集熱器既能供給低成本的生活用水又能提供低成本采暖用水。單獨(dú)使用燃?xì)獗趻鞝t采暖，這無疑會浪費(fèi)掉化石能源。為節(jié)約燃?xì)?，可以利用太陽能集熱器提供衛(wèi)浴用水。因此選用太陽能-燃?xì)獗趻鞝t聯(lián)合供暖系統(tǒng)可以將二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，同時也解決各自存在的缺陷[18]。表5.1歐能燃?xì)忮仩t技術(shù)參數(shù)表第六章低溫地板輻射采暖系統(tǒng)設(shè)計6.1低溫地板輻射采暖地板輻射采暖，老百姓俗稱地暖。目前國內(nèi)常見且最為廣泛使用的采暖散熱方式有散熱器和地暖兩種形式。后者是將充滿熱水的管材埋在建筑地面以下。利用地板進(jìn)行輻射換熱。雖然較換熱器進(jìn)入國內(nèi)的年頭較短，但技術(shù)也足夠成熟。只需要按照合適的場景選擇合適的散熱方式即可。地暖與散熱器供暖相比較，地暖更加高效、供熱均勻，占地少等諸多優(yōu)點(diǎn)由于其先天的優(yōu)勢，地板輻射采暖系統(tǒng)在歐美日等發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用，約占全部建筑采暖形式的50%[19]。目前在國內(nèi)，地板輻射采暖被廣泛應(yīng)用在民用住宅以及辦公住宅中，其在建筑采暖各形式中占比也大大提高[20]。本系統(tǒng)選擇埋管式熱水地暖作為太陽能采暖系統(tǒng)的散熱末端，加熱管材料選擇埋置更耐腐蝕耐高溫的PE-X加熱管材，設(shè)置三臺分集水器。6.2地板采暖盤管具體計算舉例例：起居室1.原始資料如下：室內(nèi)計算溫度：18℃，房間總圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量：1822.4w,修正系數(shù)：0.95，房間使用面積：24.6㎡2.地面輻射采暖熱負(fù)荷等于原始資料中的各房屋維護(hù)熱負(fù)荷經(jīng)修正系數(shù)修正后的值（取值范圍為0.9-0.95），3.單位面積地面耗熱量：q4.地板表面溫度：t2=t15.平均水溫：t查《供熱工程》附錄2-6確定：管間距：ω=300mm管徑：d=16mm埋深：H=50mm形狀因子：S=2ΠLln?(回路流量：G=6.導(dǎo)熱系數(shù)：λ=δ地面材料選用紅松實木厚度δ=12mmλ=0.22w/(m·K)C20豆石混凝土填充層δ=40mmλ=1.49w/(m·K)水泥自流平層δ=25mmλ=0.95w/(m·K)w/（m·K）7.單位長度耗熱量：Q8.管長：L=Q其余計算結(jié)果見附錄表2。第七章太陽能采暖項目造價評估7.1太陽能采暖集熱系統(tǒng)總造價關(guān)于此項目有如下說明：1.太陽能集熱器布置在別墅陽面屋頂與門廊頂部，為了不影響冬季系統(tǒng)的正常工作，必須對室外管路進(jìn)行保溫處理（必要時還需安裝電熱防凍帶），同時對于燃?xì)獗趻鞝t、水泵、蓄熱水箱等工作時會產(chǎn)生噪音的設(shè)備，安裝在車庫。2.工程預(yù)計總花費(fèi)如下：設(shè)備及型號單位數(shù)量單價總價真空管熱水集熱器（MGCBUK58/1800/50/30°）臺613007800真空管熱水集熱器（MGCBUK58/1800/30/30°）臺38002400燃?xì)獗趻鞝t（歐能冬日陽光JLG20-BTB）臺135903590分集水器（四組；五組；六組）臺3800（均價）2400蓄熱保溫水箱（定制）臺150005000水泵（GNC450）臺26001200閥門及各類管材///2200總計24590表7.1總預(yù)算7.2總結(jié)目前，隨著生活水平和受教育程度的提高，使得人們對于環(huán)保的重視程度逐漸增加。尤其，在近幾年，國家和世界各國都在大力推行，發(fā)展利用新能源。就供暖而言相較于新能源，傳統(tǒng)形式的天然氣、煤采暖不僅會消耗不可再生的化石能源，還會增加CO2等溫室氣體的排放。不利于環(huán)保。大力發(fā)展太陽能和風(fēng)能等清潔能源已經(jīng)成為了我們現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)。本項目的創(chuàng)新點(diǎn)在于將新能源與傳統(tǒng)鍋爐結(jié)合，形成有機(jī)結(jié)合體使得二者在發(fā)揮各自優(yōu)勢的同時也能將各自的缺點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)。不是一味的推陳出新，而是將新型采暖建立在傳統(tǒng)以利用化石能源采暖的系統(tǒng)之上，充分利用其技術(shù)成熟應(yīng)用的穩(wěn)定性，在革新的同時也保證了實用性。未來，世界能源格局必定會掀起一場大變革的熱潮，而每一次創(chuàng)新都會面臨一個是否使用能“落地”能契合實際的問題。對于該系統(tǒng)應(yīng)用的場景，為坐落在北京市房山區(qū)的移動別墅。雖然作為一座獨(dú)棟的建筑，相較于本系統(tǒng)，集中供暖仍有非常明顯的采暖經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。但由于該別墅位于北京郊區(qū)，所以該系統(tǒng)的優(yōu)勢便顯現(xiàn)出來了就是獨(dú)立自主供暖，不受供暖管路和采暖時間等因素的影響。另外燃?xì)忮仩t具有快熱的特性，可以做到隨開隨用，調(diào)節(jié)方便。不需像燃煤鍋爐一樣需要長期照看，調(diào)節(jié)不方便。綜上，在本次論文中，我通過利用學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識和自主查閱資料解決了一個又一個的問題。同時老師的指導(dǎo)也是對我的設(shè)計有著很大的幫助。紙上得來終覺淺，須知此事要躬行。通過獨(dú)立設(shè)計相當(dāng)于做了一個實踐活動，使我對于自己所學(xué)專業(yè)有了進(jìn)一步的了解。這不只鍛煉了我的知識應(yīng)用能力，也鍛煉了我自主學(xué)習(xí)能力。相信此次論文一定能為我日后的工作提供指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1]ZhangJ,WangRZ,WuJY.Systemoptimizationandexperimentalresearchonairsourceheatpumpwaterheater[J].AppliedThermalEngineering,2007,27(5-6):1029-1035.[2]Pérez-LombardL,OrtizJ,PoutC.Areviewonbuildingsenergyconsumptioninformation[J].EnergyandBuildings,2008,40(3):394-398.[3]袁益，舒展.中美能源安全現(xiàn)狀比較與啟示[J].中外能源,2019(02):01.[4]BP.BP世界能源統(tǒng)計年鑒[M].2020版.2020.06.15-61.[5]杜曉楠，梁言.分散式太陽能-燃?xì)忮仩t低溫?zé)崴匕宀膳到y(tǒng)探討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附錄附表1：熱負(fù)荷計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)室內(nèi)計算溫度室外計算溫度溫度差溫差修正系數(shù)基本耗熱量耗熱量修正圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量冷風(fēng)滲透耗熱量冷風(fēng)侵入耗熱量朝向修正后耗熱量名稱方向面積KtntwαQ1’XcnQQ1Q2Q3㎡℃℃℃W%WWWW主臥室南外窗3.63.2620-9291340.34-20%272.281451.0332.140南外墻9.990.920-9291260.74-20%208.59東外墻18.990.920-9291495.64-5%470.86屋頂33.110.5220-9291499.300%499.301483.17餐廳北外窗3.63.2618-9271281.661%284.481075.541.240北外墻12.260.918-9271264.821%267.47西外窗1.83.2618-9271140.83-5%119.71西外墻11.610.918-9271250.78-5%213.16地面1150.4718-9271169.20%169.2地面23.990.2318-927122.020%22.021116.81更衣室北外窗1.83.2623-9321187.781%189.661153.717.750北外墻11.790.923-9321339.551%342.95東外墻11.790.923-9321339.55-5%322.57屋頂17.940.5223-9321298.550%298.551171.48浴室（大）北外窗1.83.2625-9341199.511%201.5739.1718.860北外墻8.490.925-9341259.791%262.39屋頂15.570.5225-9341275.280%275.28758.03臥室1西外窗1.83.2620-9291170.17-5%161.661321.4