村镇住宅建筑太阳能供热系统技术经济分析

【摘要】： 利用太阳能改善城市公共建筑的室内热环境正在国内诸多地区推行实施,但关于以此来改善村镇住宅建筑室内热环境的研究却较少问津。针对我国村镇住宅设备设计和产品标准化程度低的问题,“十一五”国家科技支撑计划重点项目“村镇住宅设备标准化设计技术与软件开发”开展了对村镇住宅设备标准化设计技术的研究,以形成村镇住宅设备标准化设计技术标准,为提升村镇住宅设备设计水平提供技术支撑。村镇住宅太阳能应用数据库开发正是该课题内容的重要组成部分。 本论文基于国内外太阳能技术的应用情况,重点分析了太阳能的热利用(包括集热器的类型与特点、集热系统的传热类型和运行方式以及自动控制等方面),综合考虑气象条件、地理位置、村居住宅形态、生活水平及居民太阳能应用积极性等多项因素,选择西安市马召镇桃李坪村作为示范点对村镇住宅建筑太阳能供热系统的技术经济性进行了分析,并将西安与拉萨及北京做了对比。 本文运用动态年计算费用法分析了7种村镇住宅建筑太阳能供热系统利用方案的技术经济性: (1)太阳能供应全年生活用热水; (2)传统村镇民居太阳能采暖及热水联合系统(单户全部房屋采暖); (3)传统村镇民居太阳能采暖及热水联合系统(仅两卧室采暖); (4)传统村镇民居太阳能采暖及热水联合系统(单卧室采暖); (5)节能建筑(即达到西安市节能65%标准要求)太阳能采暖及热水联合系统(单户全部房屋采暖); (6)节能建筑太阳能采暖及热水联合系统(仅两卧室采暖); (7)节能建筑太阳能采暖及热水联合系统(单卧室采暖)。 分析表明,在西安的太阳辐照情况下利用太阳能采暖,应特别注意系统经济性能与技术性能的匹配问题。依照本文设定的太阳能供热系统投资以及20%的系统水箱及管路热损、15年的集热器寿命,电为辅助热源且100%的热利用效率、电费0.49元/度、3.87%的银行年利率的条件,根据西安地区太阳辐照度及全玻璃真空管各月集热效率,6种方案在年计算费用最小时的最优集热器面积都为3m~2,但此时冬季太阳能采暖率为0%,不宜采用;然而同等条件下利用太阳能供应全年生活用热水,最优集热器面积仍为3m~2,但年计算费用为常用电热水器的0.49倍、燃气热水器的0.46倍,而太阳能保证率却高达92.04%,具有显著的经济、环境及社会效益。 另外,通过对不同保温水平下系统太阳能保证率和年计算费用的比较,发现对房屋建筑按《西安市居住建筑节能设计标准》65%节能标准技术改造后,系统经济性能有较大程度的提升,方案五较方案二节能60.96%,方案六较方案三节能47.5%,方案七较方案四节能37.59%;同时热性能也更优越,系统太阳能保证率方案五较方案二提高13.97%,方案六较方案三提高13.51%,方案七较方案四提高14.34%,所以推荐将太阳能系统与建筑节能改造结合使用;但不能无限制地增加保温层厚度,在西安市的情况下,50mm的保温层厚度已足以满足节能要求及系统技术经济性能要求。 【关键词】：村镇住宅 年计算费用法 太阳能供热系统 技术经济分析
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU18;TU833
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国外研究现状13-16
• 1.3 国内研究现状16-22
• 1.4 课题研究方法及内容22-24
• 1.4.1 课题研究方法22
• 1.4.2 课题研究内容22-24
• 2 太阳能供热系统24-32
• 2.1 太阳能集热器24-26
• 2.1.1 闷晒式热水器24
• 2.1.2 平板型太阳能集热器24-25
• 2.1.3 全玻璃真空管集热器25
• 2.1.4 热管真空管集热器25-26
• 2.2 传热类型26
• 2.3 系统运行方式26-29
• 2.3.1 自然循环式27
• 2.3.2 直流式27-28
• 2.3.3 强制循环式28-29
• 2.4 自动控制29-32
• 2.4.1 集热系统运行控制29-30
• 2.4.2 防冻控制30-32
• 3 实地调查及系统方案选择32-44
• 3.1 户县32-33
• 3.1.1 甘亭镇东韩村32-33
• 3.1.2 祖庵镇西元村33
• 3.1.3 蒋村镇甘裕口村33
• 3.2 周至县马召镇桃李坪村33-34
• 3.3 桃李坪村入户调查信息统计34-39
• 3.3.1 房屋建筑基本信息汇总35
• 3.3.2 炊事、采暖及热水供应情况35-37
• 3.3.3 家庭基本情况37
• 3.3.4 太阳能热水器使用情况37-39
• 3.4 太阳能供热系统方案选择39-44
• 3.4.1 集热器类型选用39
• 3.4.2 传热类型选用39-40
• 3.4.3 系统运行方式选用40-41
• 3.4.4 辅助热源设置41-42
• 3.4.5 能源组合方式选用42
• 3.4.6 集热系统控制方式选用42
• 3.4.7 室内采暖末端42-43
• 3.4.8 太阳能供热系统模型43-44
• 4 技术经济比较分析方法及方案负荷计算44-52
• 4.1 技术经济比较的理论基础44-47
• 4.1.1 资金的时间价值44-45
• 4.1.2 经济模型45-47
• 4.2 太阳能供热系统方案47
• 4.3 生活用热水负荷47-48
• 4.4 采暖热负荷48-51
• 4.4.1 围护结构传热系数49
• 4.4.2 采暖设计热负荷49-50
• 4.4.3 采暖逐月热负荷50-51
• 4.5 总热负荷51-52
• 5 太阳能供热系统技术经济分析52-64
• 5.1 太阳能供应全年生活用热水52-54
• 5.1.1 年计算费用及太阳能保证率52-53
• 5.1.2 方案一经济、环保效益53-54
• 5.2 传统村镇民居太阳能采暖及热水联合系统(单户全部房屋采暖)54
• 5.3 传统村镇民居太阳能采暖及热水联合系统(仅两卧室采暖)54-55
• 5.4 传统村镇民居太阳能采暖及热水联合系统(单卧室采暖)55-56
• 5.5 节能建筑太阳能采暖及热水联合系统(单户全部房屋采暖)56-57
• 5.6 节能建筑太阳能采暖及热水联合系统(仅两卧室采暖)57
• 5.7 节能建筑太阳能采暖及热水联合系统(单卧室采暖)57-58
• 5.8 不同保温水平下的太阳能供热系统58-64
• 5.8.1 西安、北京及拉萨不同保温水平下的最优集热器面积59-60
• 5.8.2 西安、北京及拉萨不同保温水平下的太阳能保证率60-61
• 5.8.3 西安、北京及拉萨不同保温水平下的年计算费用61-62
• 5.8.4 西安地区不同保温水平下的太阳能保证率和年计算费用62-64
• 6 总结与建议64-67
• 6.1 论文总结64-66
• 6.2 不足及设想66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 作者在读期间的研究成果72-73
• 附件一: 桃李坪新村入户调查问卷表73-80
• 附件二: 桃李坪新村住宅规划80-82
• 附件三: 各方案采暖负荷计算表82-87

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