西安建筑科技大学 刘艳峰 鱼亚丽 孔丹 摘要：分析了拉萨、西安和西宁三地居住建筑在不同层数和保温要求组合条件的采暖负荷；研究了拉萨多层居住建筑热负荷随窗墙面积比变化规律，以及单层传统民居在不同保温状况及有无附加阳光间时的热负荷。结果表明：各地的太阳辐射强度决定地区间的太阳能采暖保证率差别；太阳能采暖保证率随楼层减少、南向窗面积增大而升高。若对拉萨单层传统民居采取保温措施，并设置阳光间，可明显降低主动太阳能采暖集热器面积。 关键词： 居住建筑，采暖，太阳能保证率，热负荷 0 引言 我国建筑耗能占全国商品能源的21%～24%，其中采暖耗能占民用建筑总能耗的56%～58%[1]。我国西北地区属于一二类太阳能密度划分区，具有利用太阳能采暖条件。熊安华[2]对西藏政法委某住宅作太阳能采暖设计并测试其室温，表明该系统日集热量可满足房间供暖要求；潘云钢等[3]通过对拉萨火车站供暖系统各子系统参数计算分析，提出以太阳能为采暖热源时应注意的问题；文献[4]在设计了太阳能供暖系统，并测试水箱温度场、速度场，从而验证模拟分析结论。以上研究对我国太阳能采暖的应用和推广都起到了积极作用，但目前对西北地区太阳能采暖适用性，尤其是各地太阳能采暖保证率能达到什么程度尚未见系统性的研究。工程设计人员亦缺少相关设计指导意见。 本文拟通过数值模拟研究西安、西宁及拉萨地区在不同保温程度，南向窗墙面积比和层数等组合条件下的建筑热负荷变化，以期得到以上参数对太阳能采暖保证率的影响规律。 1 理论分析 太阳能采暖保证率是指集热器所集有效太阳能热量与供给建筑热量之比，即： (1) 式中 为集热器有效太阳能集热量，W，根据文献[5]：

(2) 其中 为集热器面积，m2； 为热迁移因子，即实际换热量与最大可能换热量之比； 为吸收面吸收的太阳辐照度，W/ m2； 为集热器热损失系数，W/ (m2•℃)； 、 分别为进入集热器流体温度、室外空气温度，℃。 为供给建筑的热负荷，W，根据文献[5] (3) 其中， 为系统水流量，kg/s； 为比热容，J/(kg•℃)； 、 分别为采暖系统供、回水温度，℃。 2 实例模拟分析 利用DeST软件输入每组模拟条件，包括气象参数、保温状况、楼层及室内温度设定值等，得建筑热负荷，得出典型日建筑热负荷曲线；由各地太阳辐射强度条件计算得出得有效太阳辐射量曲线。计算中，供热系统热量损失取20%[6]，集热器效率取0.5[7]。利用Origin软件对以上曲线图进行拟合积分，得到典型日各条件下建筑负荷累计总值和太阳辐射能量总值及，利用式（1）得到太阳能采暖保证率规律。 2.1 分析条件 以某典型住宅为模拟对象，建筑层数分别取为二层、四层及六层，每层平面图相同（见图1）；拉萨单层传统民居平面图见图2。建筑围护结构热物性参数见表1。 图1中除储藏室、阳台、楼梯间，图2中除食物储藏室，其余房间均为连续采暖。在模拟过程中外窗设置窗帘，其中南向窗帘21：00至次日早10：00打开。计算以2007年冬至日的室外气象条件为基准，室内采暖设计温度为18℃。 2.2计算结果 通过模拟得出了在现行节能标准（节能50%）和达到65%节能要求，窗墙面积比分别为0.3、0.35、0.5、0.7，建筑层数分别为0.3、0.35、0.5、0.7，建筑层数分别为2、4、6层，以上不同组合条件下，拉萨、西安及西宁的建筑热负荷变化规律。 另外，在不同保温条件和有无附加阳光间时模拟得出了拉萨传统单层民居太阳能采暖保证率及集热器实际铺设面积变化规律。限于篇幅，文中只给出部分条件下的建筑热负荷变化规律模拟结果，见图3，4。根据模拟结果，将太阳能采暖保证率随各参数的变化规律总结于表2、表3及表4。 表2：各地太阳能采暖保证率 （南向窗墙面积比为0.35） Table 2 solar fraction in different city (southern window-wall ratio=0.35) 计算条件 节能50% 节能65% 2层 4层 6层 2层 4层 6层 拉萨 132% 73% 50% 170% 92% 64% 西安 45% 25% 17% 64% 29% 20% 西宁 32% 17% 11% 36% 19% 13% 表3：拉萨不同窗墙面积比下太阳能采暖保证率 Table 3 solar fraction under different southern window-wall ratio in Lhasa 节能要求 50%节能 65%节能 南向窗墙比 0.3 0.5 0.7 0.3 0.5 0.7 2层 129% 143% 155% 168% 171% 191% 4层 73% 81% 85% 92% 95% 104% 6层 50% 56% 59% 63% 66% 71%