论文总字数：18852字

摘 要

随着时代的发展，人口数量不断增加，除了满足基本生活之外，人们越发渴求高品质的生活，对舒适度的追求也直接导致了建筑所需能耗在社会总能耗中所占的比例逐年增加。本文针对南京地区某单户住宅建筑冬季采暖需求，设计一套太阳能热水供暖系统，用以满足建筑采暖需求。通过查阅南京地区的气象资料以及建筑采暖，给排水方面的技术标准文献计算出建筑热负荷，根据建筑热负荷以及南京地区冬季采暖期的太阳辐射强度计算出太阳能集热器所需的集热面积。为提高集热器集热效率，采用热管式真空集热器为方案的集热装置。由于南京施行峰谷电价政策，系统采用太阳能 低谷电的供能策略。系统末端散热系统使用对人体更加健康舒适的地暖管散热装置。

关键词：太阳能 建筑供暖 集热器

Design of Building Heating System Based on Solar Heating

Abstract

With the development of the times, the number of people is increasing,in addition to meeting the basic life, people are more and more eager for high-quality life, the pursuit of comfort also directly leads to the proportion of building energy consumption in the total social energy consumption increases year by year. According to the winter heating demand of a single-family residential building in Nanjing, a solar hot water heating system is designed to meet the building heating demand. By consulting the meteorological data of Nanjing area and the technical standard literature of building heating, water supply and drainage, the building heat load is calculated, and the collecting area required for solar collector is calculated according to the building heat load and the solar radiation intensity during the winter heating period in Nanjing area. In order to improve the collector efficiency, the heat pipe vacuum collector is adopted as the scheme. Due to the implementation of peak and valley electricity price policy in Nanjing, the system adopts energy supply strategy of solar trough electricity.The heat dissipation system at the end of the system uses a more healthy and comfortable heating tube heat dissipation device.

Keywords: Solar; Building Heating; Collector

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………………………………………………… I

ABSTRACT……………………………………………………………………………………………………………………II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景: 1

1.2 国外研究概况 2

1.3 国内研究概况 4

第二章 建筑热负荷计算及设备选型 7

2.1 建筑热负荷及集热器面积计算 7

2.2 太阳能集热器选型及相关计算 9

2.3 储热水箱的选取及容积计算 11

2.4 末端散热装置的选取及相关计算 13

第三章 太阳能供暖系统的结构设计 16

3.1太阳能集热系统设计 16

3.1.1. 热管式真空集热管结构设计 16

3.1.2. 各集热器之间的连接方式 17

3.2太阳能储热水箱设计 18

3.3供暖系统地暖散热装置结构设计………………………………………………………………………19

第四章 总结与展望 21

参考文献 22

致 谢 ……………………………………………………………………………………………………………………… …… 25

绪 论

1.1课题研究背景:

在历史的长河中，人类的命运有过几次翻天覆地的变化，而原因是技术变革，人们用“工业革命”来对其进行命名，以彰显其对人类影响之巨。科学技术的迅猛发展犹如打开了潘多拉魔盒，人类的欲望好像挣脱枷锁的猛兽向着大自然露出了它锋利的牙齿。人类不断地追求着更为丰富的物质生活，而这也不可避免加大了对能源的需求，其中以我们最常使用的三大主要能源为主，也就是有“工业粮食”称号的煤炭、“工业血液”之称的石油以及比之两者更为清洁的天然气。但令人感到无奈的是这三种能源都属于一次能源不可再生，如果人类不加节制终究会有枯竭的一天。而且它们也同时属于化石能源，还会给我们带来环境上的污染，严重污染空气，造成酸雨等气象灾害。同时因为温室气体的大量排放，还会造成温室效应导致全球气温变暖而引发一系列的生态灾害。而近几年在我国肆虐的雾霾天气也要归功于化石能源的大量使用。而且因为受地理环境、开采技术、经济发展等诸多因素的影响，石油、煤炭、天然气等不可再生能源的储量正在急剧下降。以现有以探明储量和人类的使用速率来进行估算，现有的石油储量大概只能保证40年的时间，而煤炭则还能够维持大约200年的时间，至于天然气则可以使用大约55年左右的时间^[1]。总言而之，能源危机并不是耸人听闻的危言，而是我们现在就要正视以及思考解决方法的问题。因此，如何合理高效地利用传统能源以及开发清洁环保的新能源便是未来能源发展的重中之重。

对于太阳能而言，虽然其存在由来已久，但直到近现代相关的技术逐渐成熟，其才作为一种新型能源出现在我们的生活中。相比于其他化石能源，太阳能最大的特点便是清洁无污染，在传统能源日益枯竭，青山绿水不在的今天，其完全可以作为一种补充，当太阳能利用技术进一步成熟，取而代之也未尝不可。据估计每年到达地球表面的太阳辐射量约为6×10¹⁷KWh，相当于全球总能耗的几百倍^[2]。我国国土面积达960万平方公里，而且就纬度上来说我国大部分位于北温带地区以及小部分位于亚热带地区，这也造就了在太阳能的拥有量上十分充足。据统计就我国而言大约有70%的辽阔土地上每年的太阳辐射时间长达2200小时以上，每年每平方米的小小面积上接受的太阳辐射总量竟然可以达到5000MJ，太阳能可以得到较好的利用^[3]。所以，如何更好地利用太阳能，使其服务于人们的生活以及生产便是我们这次研究的主要方向。

在上古时代当人们膜拜太阳时便想窃取太阳的伟力为己用，发展至今太阳能的利用技术随不说多如牛杂，但也五花八门。不过如果只是简单从能量的转换方式来分则方便的多，以这种方式来分一般有三种转换方式，分别是光化学转换技术、光电转换技术以及光热转换技术^[4]。而对于起步较晚的我国而言，其中使用最为普遍和广泛的便是光热转换技术，现在我仍然记得小时候和爸爸妈妈一起去村部领取太阳灶的情景，虽然因为安全隐患大，热效率低等原因该装置已经被淘汰，但仍是满满的童年回忆。而我们生活中另一种更为常见的太阳能热水器就是基于此原理设计，但这种装置的加热温度不是太高，多用于为居民提供生活热水。据估计，2010年底全球有5300万太阳能供热系统在运行，其中大约85%的系统用于单个家庭的生活热水供应，10%用于大型热水供应，只有5%左右被用于供暖及其他应用^[5]。社会问题的根源还是解决人的基本需求，众所周知衣食住行是人类最原始的基本需求，随着人口数量的不断倍增，涌现出一系列社会问题，其中人们对住房需求和房屋居住质量的要求不断提高，而这进一步加剧了建筑所需能耗在社会总能耗中的占比。更令人担忧的是在建筑所需能源消耗中被用于采暖期的能源消耗大约可以占到建筑总能耗的40%^[6]，如果我们可以将太阳能供暖技术大量的用于建筑供暖，则可以实现建筑能耗的有效降低，减少化石能源的使用，避免不必要的环境污染。据IEA在2012年的预测显示，太阳能采暖应用将会以每年7%左右的速率增长。估计到2050年，太阳能采暖在供给低位热量的市场占比将达到17%上下，而生活热水的供应也将有大约25%的份额由太阳能供应，冬季采暖的热量也有7%左右由太阳能提供^[7]。可以预见未来太阳能供暖技术将越来越多的出现在我们的生活中，这也是这次我们为何选择以太阳能供暖为研究课题的原因。

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