DOC《南京林业大学》

南京林业大学 本科毕业设计(论文) 题目: 别墅太阳能装置及初步设计 学院: 南方学院 专业: 热能与动力工程 学号: N070403209 姓名: 李岩 指导老师: 王志和 职称: 副教授 二一一年六月二十五日 摘要本设计的题目是别墅太阳能装置及系统初步设计,本文通过太阳能在民用建筑上的利用方式及成熟的技术,全面的展示了太阳能作为新一代能源的优势.

本文以太阳能为主要能源设计太阳能热水方案,通过计算进一步选取最佳设备,使得热水系统能够为正常生活提供可靠的保证.又根据当地气候和现代人们对居住环境的要求,设计了太阳能低温辐射地板采暖方案,在冬季为别墅提供舒适的室温,提高人们的生活水平.为缓解夏季用电高峰,减少环境污染,提倡低碳生活,设计以太阳能热水为热源的溴化锂吸收式制冷机为别墅提供夏季的空调制冷,并且将制冷与采暖结合,交替利用太阳能产生的热水,即太阳能产生的热水冬季为室内供热,夏季用于制冷机制冷.太阳能发电技术尚不成熟但对于小功率的照明依然可行,利用太阳能电池板和蓄电池为别墅庭院和车库照明.从而使整个别墅设计符合现代生活家居. 关键词:太阳能 热水 采暖 制冷 照明 Abstract The villa design is the subject of the preliminary design of solar energy devices and systems, the paper'

s use of solar energy in the way of civil and mature technology, comprehensive display of the advantages of solar energy as a new generation. In this paper, the design of solar energy solar hot water as the main program, select the best equipment by calculating further, making the hot water system can provide a reliable guarantee a normal life. Also according to the local climate and environment are to be people living requirements, the design of solar low-temperature radiant floor heating options for the villa in the winter to provide a comfortable room temperature, improve people'

s living standards. To alleviate the summer peak, reduce environmental pollution, promoting low carbon living, design of solar hot water as the heat source for the villa lithium bromide absorption chiller to provide air conditioning in summer, and the combination of the cooling and heating, turn the heat produced using solar energy water, that is solar generated hot water for indoor heating in winter, cooler in summer for cooling. Solar power technology is not yet mature, but the lighting for the use of low-power solar panels and batteries for the villa garden and garage lighting. So that the entire villa designed to meet modern living at home. Key Words: Solar Energy Hot water Heating Refrigeration Lighting 目录摘要IAbstract II

1 绪论11.1 国外太阳能建筑的利用状况

1 1.2 国内太阳能建筑的发展情况

1 1.3 开发太阳能的意义

3 1.4 太阳能利用基本方式

3 2 别墅概况

5 2.1 当地气候特点及太阳能资源情况调查

6 2.2 别墅生活用水量及水温

6 2.3 采暖方式的比较与选择

6 2.3.1 初期投资比较

7 2.3.2 运行费用比较

7 2.3.3 使用面积比较

7 2.3.4 舒适性比较

7 2.4 采暖对象及采暖温度

8 2.5 制冷方式的选择

8 3 设计计算

9 3.1 热水负荷计算

9 3.2 采暖热负荷计算

9 3.2.1 通过围护结构的传热耗热量

10 3.2.2 空气渗透消耗热量

10 3.2.3 内部得热

10 3.2.4 采暖季建筑物的日平均采暖负荷

10 4 太阳能集热系统

11 4.1 系统选型

11 4.2 太阳能热水和采暖组合系统介绍

12 4.3 家用太阳能热水集热器面积的确定

13 4.4 系统流量的确定

15 5 低温辐射供暖系统设计

16 5.1 一般规定

16 5.2 地面构造

17 5.3 热负荷的计算

18 5.4 地面散热量的计算

18 5.5 系统的加热管及附件的设计

19 5.6 低温热水地面辐射供暖系统室温控制方式

19 6 太阳能制冷空调

20 6.1 系统方案

20 6.2 太阳能吸收式制冷系统

20 6.3 制冷剂

21 6.4 溴化锂吸收式制冷机的主要特点

22 6.4.1 溴化锂吸收式制冷机具有以下主要优点:

22 6.4.2 溴化锂吸收式制冷机具有以下主要缺点:

22 6.4.3 溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施:

23 7 贮水箱

24 7.1 贮水箱的分类及选用原则

24 7.2 水箱容积的确定

25 8 辅助热源

27 8.1 辅助加热量的计算

27 8.2 辅助热源比较

28 8.3 系统辅助热源的选择

29 9 别墅太阳能辅助供电系统

30 9.1 太阳能电池的选择

30 9.2 太阳能蓄电池的选择

31 9.3 系统控制

32 9.4 太阳能电池倾角设计

32 9.5 别墅室外院落照明系统的设计计算

33 10 系统管道及附件

35 10.1 一般要求

35 10.2 管路直径的确定

35 10.3 管道阻力的计算

35 10.4 管路保温

37 11 总结39 致谢41 参考文献

42 绪论随着太阳能利用科技水平的不断提高,太阳能建筑已经从太阳能采暖建筑发展到可以集成太阳能光电、太阳能热水、太阳能吸收式制冷、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术的建筑,其技术含量更高,内涵更丰富,适用范围更广. 国外太阳能建筑的利用状况 在国外, 太阳能已开始在建筑领域中得到越来越广泛的应用.特别是美国、德国、希腊、以色列、日本、韩国等国家, 太阳房已从被动太阳房向主动太阳房发展, 从仅用于偏远地区向城市地区发展, 从仅用于单层小型建筑向多型大型建筑发展, 从仅用于居住建筑向公共建筑发展. 这些国家自70年代能源危机之后, 就开始寻找新能源, 并开始发展可再生能源.至80年代, 由于石油价格依然十分低廉, 因而减缓了对可再生能源的研究速度,但是, 他们始终对节能保持高度重视.直至90年代里约热内卢会议以后, 环境向题已成为全球的热门话题, 各国都认识到, 本国的环境不仅是本国的问题, 而是殃及邻国乃至全球的大问题, 因此,可再生能源的研究和发展又一次被提上重要议事日程.之后, 各国纷纷制定中长期可再生能源研究和发展计划, 目标是减少常规能源消耗和二氧化碳的排放. 国内太阳能建筑的发展情况 我国具有丰富的太阳能资源, 约三分之二的国土上, 太阳能年总辐射量超过.. 八五 期间, 我国有关的研究已将我国的太阳能资源划分为五类地区表.表1-1[]显示了世界部分城市的年辐射总量. 表1-1 我国太阳能资源分布情况 年日照时数 (h) 年辐射总量 (MJ/m2) 主要地区 一类地区 (丰富区) 2800~3300 6690~8360 宁夏、甘肃北部、新疆东南部、青海、西藏西部 二类地区 (较丰富区) 3000~3200 5852~6690 河北、山西北部、内蒙、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部 三类地区 (中等区) 2200~3000 5016~5852 山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、陕西北部、甘肃东南部、广东、福建南部、江苏、安徽北部、吉林、辽宁、云南 四类地区 (较差区) 1400~2200 4180~5016 湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建、广东北部、陕西、江苏、安徽南部、黑龙江 五类地区 (最差区) 1000~1400 3344~4180 表1-2 世界各地太阳能资源情况 地名 年辐射总量(MJ/m2) 地名 年辐射总量(MJ/m2) 里本斯

6900 纽约

4720 雅典

5810 巴黎

4000 新加坡

5730 维也纳

3890 华盛顿

5220 莫斯科

3720 威尼斯

4810 伦敦

3640 东京

4220 汉堡

3430 从上述二表可见, 即使我国太阳能资源较差的地区, 年辐射总量也接近东京、高于伦教、汉堡这些世界上太阳能利用较好的城市, 可见, 我国在建筑中的太阳能利用还大有潜力可挖. 开发太阳能的意义 太阳能的开发和利用是开发和利用新能源与再生能源的重要内容.太阳能具有资源丰富、取之不尽、用之不竭、处处均可开发利用、无需开采和运输、不会污染环境和破坏生态平衡等特点.因此太阳能的开发利用将有巨大的前景,它不仅带来很好的社会效益、环境效益,而且还具有明显的经济效益. 太阳能利用基本方式 太阳能利用基本方式可以分为如下四大类[]. 光热利用 它的基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用.目前,使用最多的太阳能收集装置,主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦型集热器等三种.通常根据所能达到的温度和用途不同,而把太阳能光热利用分为低温利用(800℃).目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等,中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,高温利用主要有高温太阳炉等. 太阳能发电 未来太阳能的大规模利用是用来发电.利用太阳能发电的方式有多种,目前已实用的主要有以下两种. 光-热-电转换.即利用太阳辐射所产生热能发电.一般是利用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽,然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电.前一过程为光-热转换,后一过程为热-电转换. 光-电转换.其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射直接转换为电能,它的基本装置是太阳能电池. 光化利用 它是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光-化学转换方式. 光生物利用 通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成生物质的过程.目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻等. 别墅概况 该别墅位于江苏省镇江市,别墅共两层,面积260m2,另有庭院200m2.别墅平面图如图2-1别墅包含客厅、客房、餐厅、卧室、以及卫生间.采用太阳能供热、采暖、制冷及庭院、车库照明.本设计将太阳能供热、采暖与制冷相结合为组合系统,并且采用电加热作为夜间及阴雨天的辅助加热.别墅平面图如图2-1所示: 图2-1 别墅平面示意图 此外下表2-1提供别墅墙壁及围护结构热物理参数表. 表2-1围护结构的热物理参数表 类别 构件名称 传热系数K值W/(m2・K) 导热热阻(m2・K)/W 外墙 200混凝土墙 + 50聚苯乙烯内保温 0.977 1.218 内墙 180陶粒混凝土内墙 1.515 0.43 屋顶 加气混凝土保温屋面 0.812 1.074 楼地 40mm混凝土楼地 ― 0.026 楼板80mm 钢筋混凝土楼板 1.78 ― 一般外门 双层实体木制外门 2.33 ― 外窗 双层钢窗

2 ― 当地气候特点及太阳能资源情况调查 江苏省位于我国大陆东部沿海,处于亚热带与南温带的过度性气候中,具有明显的季风特征,四季分明.雨热同步,雨量集中,光照充足,历年平均温度在14℃左右,全年无霜期达200~300d.江苏省属于我国太阳能资源中等区,年日照数为2200~3000h,水平面上年太阳能辐射量为5016~5852 MJ/m2.[] 别墅生活用水量及水温 别墅设计家庭人数5人,保姆1人,每人每日最高用水定额70~110L,使用时间24h,水温37~40℃,则,别墅日最高用水量为660L. 采暖方式的比较与选择 常用热水采暖的方式主要有两种:一是暖气片散热器,另一个是低温地板辐射采暖.附加被动式太阳能利用方式利用建筑结构白天采暖. 初期投资比较 采用暖气片采暖每建筑平米造价约46.00元,而低温热水地板采暖的实际每建筑平米造价约40元左右. 运行费用比较 地板辐射采暖供水温度60℃以下,因此,供水温度较低,热损失小,地板辐射采暖一大特点是在辐射强度和温度的双重作用下对房间进行采暖,形成较合理的室内温度场分布和热辐射作用,地采暖和暖气片在同样的供水温度时,地采暖可以有3~4℃等效热舒适度效应.因此,采用地采暖设计房间温度时,室温比普通散热器采暖低2℃就可以满足散热器采暖所需的效果.而散热器片采暖的供水温度90℃以上,所以仅此项采用地采暖可以节省30%能源,从而节省同样比例的费用. 使用面积比较 采用暖气片采暖,不但暖气片占用了使用面积,........