太阳能地暖在绿色校园建筑中的应用及节能分析

摘要：指出了建筑能耗占总能耗的比例越来越大，而太阳能等可再生能源的利用不仅可缓解能源的消耗速度，且清洁环保，太阳能地暖作为太阳能采暖系统最佳的方式，具有舒适、健康、不占用空间、节能、环保等优点。以徐州地区某高校学生宿舍楼为例，利用Dest能耗模拟软件分析了其冬季采暖能耗，在此基础上计算得出了太阳能地暖系统的热水量、集热面积、节能量以及经济性等。

关键词：太阳能地暖；绿色校园；节能

中图分类号：G717

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）24-0121-03

1 引言

随着建筑业的发展，建筑能耗占总能耗的比例越来越大，能源的消耗与能源的有限性之间的矛盾越来越突出。可再生能源的利用是解决这一矛盾的有效措施。太阳能指太阳的热辐射能，作为一种清洁的可再生能源，具有普遍性、方便性，被广泛应用于生产、生活中，如太阳能热水系统、太阳能光伏发电系统、太阳能采暖系统等[1]。

低温热水地板辐射供暖，简称地暖，由于其热媒温度要求较低，一般不高于60℃，因此太阳能地暖是太阳能采暖系统最佳的方式，由太阳能集热器、水泵、地面盘管等组成。太阳能地暖除拥有地暖舒适、健康、不占用空间等优点外，更兼具太阳能利用中清潔、节能、环保的优点。因此，在太阳能辐照条件允许的条件下，尽可能地采用太阳能作为热源，是一种非常节能环保地供暖方式。

高校建筑，特别是最具高校代表性的学生宿舍楼，由于是广大学生生活起居的场所，人口密度相对较大，因此其用热量大，且用热较集中，利用太阳能作为主要热源，节能效果非常显著。本文以徐州地区某高校某学生宿舍楼为例，利用Dest能耗模拟软件分析了其冬季采暖能耗。在此基础上分析太阳能地暖系统的热水量、集热面积、节能量以及经济性等。

2 建筑概况

2.1 建筑简介

以徐州市某高校学生宿舍楼为例，该建筑地上4层，层高3.6 m，建筑总高度14.4 m。建筑平面图如图1所示，其他概况参数如下：

建筑朝向：南；

建筑结构类型：砖混结构；

体形系数：0.21；

节能计算建筑面积：3849 m2，建筑体积：13856 m3。

2.2 建筑构造与参数

2.2.1 围护结构基本参数

模拟参考建筑的围护结构参数详见表1。

2.2.2 室内热环境计算参数

依据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）的规定，宿舍楼室内热环境计算参数主要包含：

2.2.3 模拟参数设置

基于建筑实际状况及用能模式，采用清华大学研发的公共建筑热环境模拟工具包（简称DeST-C）能耗模拟软件对建筑节能改造前后的不同状况进行能耗模拟[2]。

计算选择地点：徐州；

气象参数选取：徐州市典型气象年数据是采用Medpha软件生成的全年逐时气象数据；

空调、供暖房间室内温度设置：冬季18 ℃、夏季为26 ℃；

室内热扰：主要包含人员热扰、灯光热扰和设备热扰3个方面；

供暖、空调时其换气次数按0.5次/h计算；

采用间歇空调模式进行能耗模拟计算，按照实际用能模式，空调、供暖日运行时间与室内人员同步；

设定供暖期为12月1日至次年2月28日，空调日期为6月15日至9月15日。

寒暑假设定为：寒假1月15日至2月28日；暑假7月1日至8月31日。

3 DEST采暖负荷模拟

3.1 DeST建筑模型

根据前述建筑信息及参数，对所选典型建筑利用DeST进行建模，模型如图2和图3。

3.2 模拟结果及分析

通过DeST能耗模拟软件进行模拟，得到宿舍楼冬季采暖热负荷为253 kW，采暖热指标为：65.7 W/m2。年累计热负荷为23810 kW·h。

按照地暖设计供回水温度为50/40 ℃，则可得本采暖系统的年热水用量为：2047 t。日均用热水量为：45 t。

4 太阳能地暖

4.1 太阳能地暖方案

本工程屋面为不上人平屋面，有利于太阳能集热器的布置。将太阳能集热器布置于屋面，鉴于供热稳定性的考虑，采用双水箱系统。太阳能生产的热水先至太阳能贮热水箱，再至采暖供热水箱。在采暖供热水箱设置电辅助加热，以满足太阳能热水水温不满足要求时加热热水的需求。地暖供回水温度设计为50/40℃，供水管道由采暖供热水箱接至室内地暖系统，回水经采暖循环泵回至热水储水箱[3]。系统示意图详见图4。

4.2 集热面积计算

本文采用直接系统。集热器总面积计算如下[4]：

计算结果详见表2。

5 节能及经济性分析

该宿舍楼地暖系统以太阳能热水系统作为其主要热水供应方式，辅助加热为电加热，电费为0.5483元/kW·h。考虑管路和水箱的热损失率为20%，电的热效率按95%计算。经计算可得，太阳能地暖系统年节能量为393799MJ，年节电量为115146 kW·h，折合年节省电费6.31万元。详见表3。

6 结语

可再生能源的利用可以缓解能源与需求之间日益增长的矛盾。太阳能地暖除拥有地暖舒适、健康、不占用空间等优点外，更兼具太阳能利用中清洁、节能、环保的优点，是一种非常节能环保的供暖方式。从文中分析可得，作为高校建筑中最具代表性的学生宿舍楼，利用太阳能作为主要热源，节能效果非常显著。因此，在太阳能辐照条件允许的条件下，应尽可能地采用太阳能作为热源。

参考文献：

[1]宋 健，绿色建筑可再生能源利用量化评价模型与实例应用研究[D].天津：天津大学，2013.

[2]张丽娟、田国华，寒冷地区既有居住建筑围护结构热工性能改造对建筑能耗的影响[J].江苏建筑，2016（4）：113～116.

[3]王贤君，太阳能热水系统在建筑全寿命期的综合效益评价研究[D].西安：西安建筑科技大学，2013.

[4]张丽娜， 张义智，等.太阳能热水系统的节能效益分析[J].能源技术，2007（4）：232～236.