新疆北疆地区SLK型太阳能空气集热器节能效果的分析

杨彬，姜曙光，黄现宁

（1石河子大学生命科学学院，石河子832003；2石河子大学水利建筑工程学院，石河子832003）

新疆北疆地区SLK型太阳能空气集热器节能效果的分析

杨彬1，姜曙光2，黄现宁2

（1石河子大学生命科学学院，石河子832003；2石河子大学水利建筑工程学院，石河子832003）

利用可再生能源提高建筑节能标准是社会发展的趋势。本文针对石河子地区大量节能率为50%的既有建筑，选择太阳能空气集热器系统用于建筑辅助采暖，以期达到节能65%的目标；利用RETScreen软件对北疆地区利用该系统的供热能力进行模拟分析，结果表明利用太阳能空气集热器能够实现提高建筑节能率到65%的目标。

太阳能空气集热器；采暖；模拟

新疆石河子市在2003－2010年的8年时间中，新建住宅执行的是《民用建筑节能设计标准》（JGJ26－1995），期间建造了大量节能率达50%的住宅。自2011年新建建筑开始执行《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26－2010），节能率要求达到65%左右。考虑到石河子市建筑节能任务的严峻性，利用可再生能源和提高建筑节能标准已经是大势所趋。在不破坏现有建筑外围护结构的前提下，如何将节能率已达50%的住宅再提高节能标准，是目前我们应该思考的一个问题。王崇杰等［1］研制出适合我国国情的主动式渗透型空气集热器，可广泛应用于建筑采暖通风领域，具有很好的推广前景。

本文分析了采用壁挂式太阳能空气集热器，在供暖季节利用太阳能辅助采暖达到提高建筑节能率到65%的目的，并文采用RETScreen软件，模拟分析壁挂式太阳能空气集热器采暖系统供热能力。

1 太阳能空气集热器供热采暖系统

1.1 太阳能空气集热器类型

太阳能空气集热器是一种吸收太阳辐射并将产生的热能传递到空气传热工质的装置［1］，一般由透明盖板、吸热板、隔热层和外壳构成。太阳能空气集热器种类繁多，可分为非渗透型（吸热板上没有孔、缝）和渗透型（吸热板上开有一定间距的孔、缝）两大类［2，3］，其中渗透型空气集热器包括多孔网层空气集热器、多通道抽吸式空气集热器等。非渗透型是目前使用最多的类型，结构简单。渗透型是一种主动式空气集热器，存在成本高，空气流动阻力大，结构复杂，与住宅建筑一体化程度不高等问题。

本文选用由Grammer Solar公司制造的SLK型非渗透型太阳能空气集热器，每一太阳能集热器的总面积为2m2，其主要性能指标为采光面积1.86m2、r系数0.62、FrUL系数4.52W／m2、FrUL温度系数0（W／m2）／℃2。该集热器易于安装，采暖效率高，并且设计有太阳能风机能够自动控制集热器的运行。

1.2 太阳能空气集热器供热采暖系统

太阳能空气集热器供热采暖系统即使用太阳能空气集热器的太阳能供热采暖系统，一般由太阳能集热系统、蓄热系统、自动控制系统和其它能源辅助加热或换热设备集合构成［4］。通过安装在建筑立面或屋面的太阳能空气集热器循环加热室内空气可达到采暖的目的。

由于新疆石河子地区典型住宅建筑的屋顶面积有限，不能安装较多的集热器，因此，本系统采用在南墙挂置太阳能空气集热器，如图1、图2所示。

图1 太阳能空气集热器位置示意图Fig.1Solar air collector position

图2 太阳能空气集热器供热采暖系统示意图Fig.2Solar heating system of the solar air collector

2 北疆地区利用SLK型太阳能空气集热器供暖方案的设计

2.1 RETScreen软件简介

RETScreen软件的能源效率 （EE）模型主要针对居住建筑、公共建筑以及工业建筑，拥有的气候数据库扩展至4700地面站，与软件内部整合的NASA卫星资料覆盖了地球表面所有的居住区，项目数据库为数百个个案研究和项目模板提供即时数据和信息。项目分析包括设置和场地条件、能源模型、成本分析、排放量分析、财务分析等。

RETScreen软件的太阳能空气加热项目分析主要包括基准方案和提议方案，基准方案为模拟研究方案，即原型的实际情况；提议方案为研究对象的代替方案，即模型。太阳能空气加热能源的计算流程如图3所示。

图3 太阳能空气加热能源计算流程Fig.3Solar air collector heating energy calculation process

2.2 模拟区气象参数确定

本文采用清华大学提供的中国部分城市的典型年逐时气象数据CSWD进行分析。它是依据国家气象中心提供的气象资料，在1994－2003年源数据的基础上挑选典型气象年，包括建筑物热负荷计算以及可再生能源利用系统的模拟所需要的气象要素。由于该系统没有石河子气象参数，故采用临近城市克拉玛依市的气象参数。

2.3 模拟建筑概况

如图4选择石河子一节能50%的典型住宅，单套建筑面积是80.3m2，一梯两户三单元，共六层，单元门南入口。外墙采用EPS板外保温构造，外窗采用塑钢中空玻璃窗，屋面采用XPS板倒置式保温构造，围护结构组成和传热系数见表1，主要采暖方式为热电联产集中供热地板辐射采暖，每间房供热量住户可以自行调节。

图4 建筑平面图Fig.4Building plan

表1 围护结构及传热系数Tab.1Building envelope and heat transfer coefficient

3 北疆地区利用SLK型太阳能空气集热器节能效果的分析

模拟时间为整个采暖期，时间为10月15日至下午4月15日。在冬季，由于采暖保温的要求，房间不宜直接用室外冷空气进行大风量的全面通风，因此风量设置为35.7m3／（h·人）（本文按3人计算），此风量足以消除有害气体，保证冬季室内的空气质量［5］。采暖期室内设计最低温度为18℃、最高温度为26℃。

RETScreen负荷特征参数见表2，太阳能空气集热器参数见表3。

表2 RETScreen负荷特征参数Tab.2RETScreen load characteristic parameters

表3 太阳能空气集热器参数Tab.3Solar air collector parameters

电价采用2010年石河子市区统一电价0.65元／kW·h。根据《民用建筑节能设计标准》（JGJ26－1995），克拉玛依6层建筑采暖期室内单位面积耗热量21.8W／m2，日平均采暖热负荷QH＝qHAO＝21.8×80.3＝1750.5W。生活热水按照3人计算，日用水定额为40L／人，设计冷／热水水温为10～55℃，日热水负荷Qd＝qrdpr（tend－tL）／86400＝261.6W。

利用RETScreen软件分析上述方案，在石河子地区采用太阳能空气集热器辅助采暖系统提升建筑节能效果的分析结果见表4和表5。

表4 RETScreen软件模拟结果Tab.4RETScreen software simulation results

表5 两方案的供热需求对比分析Tab.5The comparative analysis of the two plans of the heating demand

4 结论

1）在采暖期2台SLK型太阳能空气集热器可为建筑提供达1.3MW·h的热量。

2）在保证室内平均温度18℃以上的前提下，利用SLK型太阳能空气集热器辅助采暖，能使建筑集中供热负荷由原来的22W／m2减少到15W／m2。

3）在不改变热水热负荷的情况下，该住宅总的供热需求降至3MW·h。根据RETScreen软件模拟结果，其提议方案相对于基准方案节能32%。

综上所述，利用RETScreen软件对该系统供热能力进行模拟分析，结果表明：在石河子地区，一套建筑面积为80.3m2、节能达到50%的典型住宅，利用2台SLK型太阳能空气集热器辅助采暖，能够实现将建筑节能率提高到65%的目标。

［1］王崇杰，管振忠，薛一冰，等.渗透型太阳能空气集热器集热效率研究［J］.太阳能学报，2008，1（29）：35－39.

［2］郑瑾.山东地区村镇小型办公建筑太阳能采暖设计研究［D］.山东：山东建筑大学，2010：5.

［3］陈滨，田浩，郭海超，等.壁挂式太阳能空气集热器最佳供暖方式研究［J］.暖通空调，2008，38（10）：128－132.

［4］中国建筑科学研究院.GB50495－2009太阳能供热采暖工程技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009：3.

［5］扈晓庆，中庆照，方修睦，等.不同气候区典型城市采暖热计量的节能率分析［J］.山东：暖通空调，2007（2）：45－54.

Analysis of Energy－saving Effectiveness of SLK Type Solar Air Collector in Northern Xinjiang

YANG Bin1，JIANG Shuguang2，HUANG Xianning2
（1College of Life Sciences，Shihezi University，Shihezi 832003，China；2College of Water Conservancy ＆ Architectural Engineering，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

It is a trend of social development to improve energy－saving standard by making use of renewable energy.Based on the residential buildings in Shihezi，the authors took solar air collector system as supplementary heating source，with the purpose of improving the energy－saving rate from the current 50%to 65%.RETScreen software was used to simulate and analyze the heating capacity of this system.The results show that the goal of improving energy－saving rate to 65%can be reached by using the solar energy air collectors.

solar air collector；heating；simulation

TU832.17

A

1007－7383（2012）01－0096－04

2011－12－01

新疆兵团科技攻关计划项目（2011BA027），石河子大学重大科技攻关专项（GXJS2010－zdgg05－01）

杨彬（1986－），男，硕士生，专业方向为农业生物环境与能源工程；e－mail：yangbin0824＠sina.cn。