河北地区农村住宅太阳能供热系统研究

【摘要】：在化石能源日趋枯竭,生态环境严重恶化的现代,各国都已采取不同措施,发展清洁能源,调整能源结构,改善生态现状。随着时代的发展和生活水平的提高,人类对室内环境的要求不断增长,导致近年来建筑能耗不断飙升,在为人类提供舒适的同时,也对环境造成了巨大破坏。由于化石能源的紧缺与环境问题的激化,迫使太阳能这一清洁能源逐步走向市场。 本文从河北地区的气候及太阳能资源状况出发,通过对该地区所属建筑热工分区进行分析,对该地区的农村住宅形式特点和围护结构的热工特性进行了深入的调查研究,得出本地区村镇两大类典型住宅的耗热量指标和采暖热负荷指标,并对广大寒冷地区的农村传统住宅各部分围护结构的耗热量进行分析,提出对传统建筑的节能改造建议。以节能建筑或改造建筑为基础,分析了该地区太阳能采暖的可行性,为提高系统使用效率、缩短投资回收年限,增设了太阳能供热水系统,在非采暖季节为用户提供生活热水。对太阳能集热系统的最佳安装倾角进行了优化分析,得出河北各地区太阳能利用中集热器全年最佳安装倾角和采暖期最佳安装倾角,并以石家庄为例与常规倾角进行对比,在满足夏季供热水负荷的前提下使冬季采暖期内单位集热面积上的集热量比采用常规倾角提高了40.68MJ。 在太阳能采暖、供热水系统分析设计中,对石家庄地区的太阳能保证率进行分析,得到了可使系统经济性最佳的太阳能保证率范围为35%-42%。分析了该地区农村可用辅助热源,通过分析对比确定以生物质燃料作为太阳能供热系统的辅助热源,经济性和环保效益都优于其它热源,并确定辅助热源设备在系统中的设置位置及方式,以更节能,更环保的方式满足用户的热舒适度要求。最后,用静态法和动态法对系统的节能量和投资回收年限进行了验证。为太阳能采暖系统在农村住宅中的推广利用提供了技术指导和参考依据。 【关键词】：农村住宅 采暖热负荷 太阳能采暖系统 采暖期最佳倾角 太阳能保证率
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 研究背景及意义12-15
• 1.1.1 全球能源现状12-13
• 1.1.2 我国的能源消费13-14
• 1.1.3 我国的太阳能资源14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 国外现状15-16
• 1.2.2 国内现状16-18
• 1.3 研究方法及内容18-21
• 1.3.1 研究方法18-19
• 1.3.2 研究内容19-21
• 第2章 村镇住宅特点及太阳辐射21-32
• 2.1 河北地区的气候特点21-22
• 2.1.1 气候特征21
• 2.1.2 建筑热工分区21-22
• 2.2 农村建筑的耗热量分析22-28
• 2.2.1 农村建筑特点22-23
• 2.2.2 围护结构耗热量23-26
• 2.2.3 农村住宅采暖热负荷26-28
• 2.3 太阳辐射28-29
• 2.3.1 大气层上界的太阳辐射28-29
• 2.4 地面上的太阳辐射29-31
• 2.4.1 水平面上的太阳辐射29-30
• 2.4.2 斜面上的太阳辐射30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 太阳能集热器安装倾角的优化分析32-48
• 3.1 影响集热量的因素32
• 3.2 倾角优化的可行性32-33
• 3.3 水平面上太阳辐照量的分析计算33-36
• 3.3.1 确定计算基准、整理数据33-34
• 3.3.2 水平面上总辐射的直射、散射分离34-36
• 3.4 确立数学模型36-39
• 3.4.1 各向同性模型37
• 3.4.2 各项异性模型37-39
• 3.5 结果处理及分析39-45
• 3.5.1 各月辐照量与倾角的变化关系40-41
• 3.5.2 方位角γ_s=0时的最佳倾角41-42
• 3.5.3 方位角γ_s与辐照量的变化关系42-43
• 3.5.4 不同γ_s对应的最佳倾角43-44
• 3.5.5 最佳倾角下的各月辐照量44-45
• 3.6 对比分析45-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 太阳能采暖、供热水系统方案48-68
• 4.1 系统形式48-49
• 4.2 集热系统49-58
• 4.2.1 太阳能集热器种类及特点50-51
• 4.2.2 集热系统分类51-53
• 4.2.3 集热系统设计53-58
• 4.3 蓄热系统58-60
• 4.3.1 采暖系统储热水箱59-60
• 4.3.2 供热水水箱60
• 4.4 室内系统60-61
• 4.4.1 室内散热系统分类及特点60-61
• 4.4.2 地板辐射采暖形式61
• 4.5 辅助热源的选择61-65
• 4.5.1 辅助热源类型62-63
• 4.5.2 辅助热源安装位置63
• 4.5.3 辅助热源的经济性比较63-65
• 4.6 自动控制及保温65-66
• 4.6.1 控制系统65-66
• 4.6.2 管道保温层厚度66
• 4.7 本章小结66-68
• 第5章 系统经济性和环境效益分析68-74
• 5.1 系统经济性分析68-72
• 5.1.1 系统成本68-69
• 5.1.2 系统节能量69-70
• 5.1.3 系统节省费用及投资回收期70-72
• 5.2 系统减排量72-73
• 5.3 本章小结73-74
• 结论与展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 作者简介81
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果81

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