太阳能新风系统在被动式超低能耗建筑中的应用分析

建筑节能

■新能源及其应用

太阳能新风系统在被动式超低能耗

建筑中的应用分析#

孙峙峰' 袁静S

王选^王丽敏^钟新S

李骥S

金汐1

(1.中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院，北京100013

2•北京工业大学建筑工程学院•北京loom)

摘要：为减少被动式超低能耗建筑的新风负荷对常规能源的消耗，同时，保持室内良好的空气品质，

提出了一种太阳能集热系统与带热回收的新风系统相结合的方案。以西宁市为例，分析计算了 该太阳能新风系统在不同集热器安装倾角、不同太阳能保证率下的集热器采光面积。结果表明 在太阳能集热器的安装倾角为90。、对新风负荷的太阳能保证率为80%时每户住宅所需的集热 器采光面积为4.7 m2,同时系统一年可节约能耗4 022.13 MJ，换算成电量约1 117.26 kW‘h,表 明该太阳能新风系统在被动式超低能耗建筑中的应用是经济可行的。

关键词：太阳能新风系统；被动式超低能耗建筑；热回收；集热器采光面积 中图分类号：TU83

文献标志码：A

文章编号：1673-7237(2016)08-0039-03

Application of Solar Fresh Air System in Passive Low-Energy Buildings

SUN Zhi-fen^, YUAN Ji.ng1, WANG Xuan\\ WANG Li-min\\ ZHONG Xin\\ LI Ji\\ JIN Xi1 (1 .Institute of Building Environment and Energy, China Academy of Building Research,

Beijing 100013, China;2.College of Architecture and Civil Engineering of BJUT, Beijing 100124, China)

Abstract： A combined system of solar collector and new air system with heat recovery is proposed to reduce the conventional energy consumption for fresh air heating load of passive low-energy buildings and maintain the indoor comfort. And taking Xining as an example, the collector aperture area about the solar energy system is analyzed and calculated in dijferent installation angle of collector and dijferent solar fraction. The results show that when the solar collector installation angle is 90°, the solar assurance rate is 80%, the re­quired collector area of per household residence is 4.7 m2, and the system can save energy 4 022.13 MJ/ci^ converting into electricity is about 1 117.26 JcW •h/a，which indicates that the solar fresh air system ap­plication in passive low-energy buildings is economically feasible.

Keywords： solar fresh air system; passive low-energy buildings; heat recovery; aperture area of col­

lector

0引言

目前，我国建筑能耗约占全社会终端能耗的

与实践将引领建筑节能发展的新方向。

被动式超低能耗建筑的内涵是在满足建筑内部 舒适度要求的前提下，充分利用建筑自身结构形式， 保证外围护结构具有良好的保温隔热效果和气密性, 采用高效的排风热回收装置让能源得到充分利用，最 大限度地利用太阳能、风能、地热能等可再生能源和 节能技术及设备，在建筑的整个生命周期内，以消耗 极低的能源来运行。此外，被动式超低能耗建筑强 调将建筑能源需求转向太阳能等可再生能源，符合我

^9

30%，且仍呈不断攀升的趋势，因此，建筑行业是节能 减排的重点领域。如何降低建筑能耗，改变依赖煤炭、 石油、电力等能源供给的传统模式，成为建筑领域研 究的热点[1]。在此背景下，被动式超低能耗建筑的研究 *

收稿日期:2016-01-04;

修回日期:2016-08-12

*基金项目：中国建筑科学研究院应用基金“被动式超低能耗建筑

太阳能新风系统应用研究”(20140109330730041)

孙峙峰，等：太阳能新风系统在被动式超低能耗建筑中的应用分析

国实行可持续发展战略及发展循环经济的。

截至2015年，全国已有“被动式超低耗能建筑”示 范项員24个，其中主要分布在寒冷和严寒气候区，并 已逐步扩展到夏热冬冷和夏热冬暖气候区因此，本 文主要研究不同气候区低能耗建筑中太阳能集热系 统和带热回收的新风系统相结合(即太阳能新风系统) 的应用潜力和使用策略e.

1 太阳能新风系统方案

我国幅员辽阔，只有采用适应气候的低能耗建筑 技术，合理利用太阳能等可再生能源才能切实降低能 耗，改善室内环境，减少$气污染。

在太阳能资源丰富、较丰富地区开展被动式超低 能耗建筑示范项目，要优先利用■地丰富的太阳能资 源。在被动式超低能耗建筑内，为保怔室内脅气品质， 同时降低新风系统能耗,常采用带热回收的新风换气 系统。_热回收的热量不满足新风负荷时，利用太阳 能为其补充热量。同时,为防止由于室外新风温度过 低造成热回收器结露或结霜，需要太阳能集热系统对 新风进行预热。因此，本文设计在被动式超低能耗建 筑中应用太阳能集热系统与带热回收的新风换气系 统结合的方案如图1所示。

图1

水泵

太阳能新风系统原理图

Fig.l Schematic diagram of solar fresh air system

外空气温度按西宁市室外月平均温度计算&新风负荷 由新风与排风热回收过程回收的热最提供，剩余的由 太阳能集热系统及辅助热源补充，阴雨天辅助热源可 以采用电或者燃气加热热源6太阳能集热器系统的蓄 热水箱容积应满足中短期蓄热能力。考虑西宁市被动

式超低能耗建筑新风系统实际使用情况，夏季6、7、8月 建议不开启太阳能集热系统，计算9月至次年5月的新 风负荷如表1所示

同时，为防止室外空气与热回收设备进行热交换 时造成设备结露，当室外温度较低时需对室外新风进行 预热。其中显热交换效率按照相关标准H要求为75%， 查洽湿图得室内空气状态的露点温度为6 °C。经计 算，在室外温度低于1.33 °C时应对新风预热^

参照西宁市室外月平均日环境温度，需要新风预 热的月份为11月至次年2月，计算的逐月新风预热量 如表2所示。，

根据德国被动房的标准，新风送至室内的温度应

2

研究方法与结果验证

2.1研究方法

由于该系统是为被动式建筑的新风负荷提供热 蠹，需先计算系统逐月的新风负荷。其中每户人数根 据《城市居住区规划设计规范》按3.2 A/户确定，每人 所需新风量按30 m3/h计算，室内空气温度取20T：，室

表1

逐月新风负何(9月-次年5月}

Table 1 Loads of fresh air monthly

月份新风赫/w

9月255.33

10月439.55

11月672.26

12月862.94

1月917.

2月804.77

3月584.99

4月391.07

5月258.56

高于16

表2

逐月新风预热量(11月-次年2月）

Table 2 The preheating of fresh air monthly

月份新麵麵/W

11月68.84

12月259.53

1月314.47

2月201.35

本文按照送风温度20 t计算，因此根据有

关公式计算得出热回收后新风温度(见表3)，可知热回 收后新风温度仍低于送风温度,.因此还需对热回收后 的新风再热，经计算后逐月新风再热量如表4所示。

新风的预热量与再热暈均由太阳能集热系统补

表3新风与排风热回收后新风温度(9月-次年5月）

Table 3 The temperature of fresh air after heat recovery

月份

热回收后温度/°c

9月18.025

10月16.6

11月 15.33 表4

12月 15.33

1月15.33

2月15.33

3月15.475

4月16.975

5月18

逐月新风再热量(9月-次年5月）

Table 4 The reheating of fresh air monthly

月份纖量iW

9月63.83

10月，109.88

11月 150.93

12月 150.93

1月150.93

2月150.93

3月146.25

4月97.77

5月.

40j

孙峙峰，等：太阳能新风系统在被动式超低能耗建筑中的应用分析

充，因此太阳能集热系统逐月需补充热量如表5所示。

根据太阳能集热系统需补充热量计算太阳能集 热系统逐月能耗如表6所示。

本文中的太阳能系统为太阳能间接加热系统,应 用中a建筑科学研究院开发的太阳能供热采暖优化

表5

设计软件分别计算南向不同集热器安装倾角的逐月 倾斜面辐照量与逐月集热器平均热效率，然后再分别 计算对新风负荷不同太阳能保证率下的集热器采光 面积。各工祝的计算结果如表7所示。

根据计算结果可知,在太阳能保证率一定的情况

太阳能集热系统逐月需补充热量

Table 5 The heat provided by solar heating system

月份

9月63.83

10月109.

11月219.78

12月410.46

1月 465.41

2月 352.29

3月146.25

4月97.77

5月.

.太阳餘集热,裹统补充ii量/w

表6太阳能集热系统逐月能耗

Table 6 The energy consumption of the solar heating system

月份 能耗/MJ

9月165.45

10月294.32

11月569.66

12月1 099.39

1月1 246.55

2月 852.26

3月379.07

4月253.41

5月167.55

表7各工况下的集热器采光面积

4.7 m2,其余参数设置与计算软件一致,模拟了系统的

801.41.82.32.83.23.7

901.82.43.03..14.7

Table 7 The aperture areas of solar collector in different conditions

安装倾角

420.91.21.51.82.22.5

501.01.31.61.92.22.6

601.01.41.72.12.42.8

701.21.61.92.32.73.1

新风负荷及太阳能新风系统集得的热減。根据模拟结

果计算安装倾角90。、集热器采光面积4.7 m2时，对新 风负荷的太阳能保证率为84.5%。采用两种软件的计 算结果之间的误差为5.6%。

太?fl能保证

304050607080

3应用潜力分析

根据计算结果(见图2)，每户所需集热器采光面积

在对新风负荷的太阳能保证率为80%、集热器安装倾 角为90°时最大，但仍只有4.7 m2,远小于常规的太阳 能采暖系统所需集热器面并且太阳能新风系统一年 可节约能耗4 022.13 MJ，换算成电量约1 117.26 kW-h〇 因此，在被动式超低能耗建筑中利用太阳能集热系统 与带热回收的新风系统结合的方案经济可行。

下,集热器安装倾角越大，所需集热器采光面积越大, 在南立面竖直安装集热器时即安装倾角为90。时，所 需集热器采光面积最大；在安装倾角一定的情况下， 集热器采光面积与太阳能保证率成正比。

4结论

本文分析T在我国太阳能资源较丰富地区利用

太阳能集热系统与带热回收的新风换气系统结合应 用的方案，为太阳能新风系统在该地区被动式超低能 耗建筑的实施提供了理论方法〇根据计算结果可知， 太阳能新风系统的集热器采光面积、与集热器安装倾 角和太阳能保证率呈正比关系。在对新风负荷的太阳 能保证率为80%、集热器安装倾角为90。时的采光面积 最大为4.7 m2,此时每户一年可'节约1 117.26 kW.h的 电量。因此，太阳能新风系统在被动式超低能耗建筑 中的应用是经济可行的。

参考文献：

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为I!金i正计算结果的可行性，本文不仅使用了太阳 能供热采暖系统优化设计软件对不同情况下的集热 器采光面积进行计算,还使用TRNSYS软件对系统进 行了逐时的模拟计算。其中集热器的采光面积设置为

(下转第88页)

慧明：海淀北部地区建筑垃圾就地处理技术与示范项自研电

协商，从腾退村庄中划定一片交通相对便利、场地平 整区域，总面积至少约5 500 m2,同时，还要保障生产 过程中用水用电的需求0

此外，建筑垃圾再生产品的消纳,依赖于具体的 项目建设需求。实际建设进程中，村庄拆除、道路建设 不一定保持同步,那么就存在一个建筑垃圾再生产品 的储存过程，为保证示范项目的顺利落实;需一 方面及时做好建筑垃圾生产、建筑垃圾消纳的信息沟 通工作，便于处理企业有效组织生产过程，另一方面 在必要时为处理企业提供免费的建筑垃圾再生产品 储存场所。

在处理企业的一次性成本回收期,应免费向 处理企业提供场地，在成本回收之后，可视情况征收 一定的场地费。.

5.3建筑垃圾再生产品的销售

棄筑垃圾再生产品的销路是示范项目成功的关 键因素。在运行初期，示范项目必须根据海淀北部实 际建设项目的需求来生产产品，实行以需定产， 黄保证产品的消纳。为促进产品的利用，同时也为落 实北京市《关于加强建筑垃圾再生产品应用的意见》 的相关要求，海淀北部办应充分发挥其作为“海淀北 部地区生态建设！C作领导小组办公室”的作用，推动 生态建设领导小组的成员单位——

同时也是北部地

区建筑垃圾再生产品应用所涉及的工程负责单位，如 、园林局、一级开发企业等，在道路建设过程 中，采购道路基层的无机混合料时，保怔35%的再生 骨料利用率，同时道路路缘石采用示范项目的产品。 5.4建筑垃圾再生产品的使用

为了保证建筑垃圾再生产品的利用质量，规范建 筑垃圾再生产品的施工安装过程，在:国家、北京市层

面的相关技术规程、施工标准出台前，海淀北部办应 委托技术单位，编制《道路甩建筑垃圾再生骨料无机 混合料施X技术规程》、《建筑垃圾再生路缘石施工技 术指南》，指导道路建设单位科学合理施工,在充分考 虑建筑垃圾再生产品特点的塞础上对其加以利用，有 效发挥产品性能。

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作者简介：孙峙峰(1975)，男，河南周口人，硕士，高级工程师，主要从 事建筑环境与节能研究(beijisnow@126.com)。

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