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。

目录

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 全球能源现状

1.1.2 我国的能源消费

1.1.3 我国的太阳能资源

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 国内现状

1.3 研究方法及内容

1.3.1 研究方法

1.3.2 研究内容

第2章 村镇住宅特点及太阳辐射

2.1 河北地区的气候特点

2.1.1 气候特征

2.1.2 建筑热工分区

2.2 农村建筑的耗热量分析

2.2.1 农村建筑特点

2.2.2 围护结构耗热量

2.2.3 农村住宅采暖热负荷

2.3 太阳辐射

2.3.1 大气层上界的太阳辐射

2.4 地面上的太阳辐射

2.4.1 水平面上的太阳辐射

2.4.2 斜面上的太阳辐射

2.5 本章小结

第3章 太阳能集热器安装倾角的优化分析

3.1 影响集热量的因素

3.2 倾角优化的可行性

3.3 水平面上太阳辐照量的分析计算

3.3.1 确定计算基准、整理数据

3.3.2 水平面上总辐射的直射、散射分离

3.4 确立数学模型

3.4.1 各向同性模型

3.4.2 各项异性模型

3.5 结果处理及分析

3.5.1 各月辐照量与倾角的变化关系

3.5.2 方位角γs=0时的最佳倾角

3.5.3 方位角γs与辐照量的变化关系

3.5.4 不同γs对应的最佳倾角

3.5.5 最佳倾角下的各月辐照量

3.6 对比分析

3.7 本章小结

第4章 太阳能采暖、供热水系统方案

4.1 系统形式

4.2 集热系统

4.2.1 太阳能集热器种类及特点

4.2.2 集热系统分类

4.2.3 集热系统设计

4.3 蓄热系统

4.3.1 采暖系统储热水箱

4.3.2 供热水水箱

4.4 室内系统

4.4.1 室内散热系统分类及特点

4.4.2 地板辐射采暖形式

4.5 辅助热源的选择

4.5.1 辅助热源类型

4.5.2 辅助热源安装位置

4.5.3 辅助热源的经济性比较

4.6 自动控制及保温

4.6.1 控制系统

4.6.2 管道保温层厚度

4.7 本章小结

第5章 系统经济性和环境效益分析

5.1 系统经济性分析

5.1.1 系统成本

5.1.2 系统节能量

5.1.3 系统节省费用及投资回收期

5.2 系统减排量

5.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果