香格里拉机场候机楼太阳能地面辐射采暖系统应用与得失

・576・
制冷与空调
2013 年
系统可靠性较差（一根管子破裂，整个系统需停用 检修） ，玻璃管内易结垢，难清理，寿命为 15～20 年。 热管－真空管集热器：全年热效率较高，三者 之中价格也最高，但其承压能力大，一般可承压 980kPa；工作温度可达 128℃。耐热冲击性能好， 因利用热管传热、干性连接，真空管内不走水，即 使闷晒时注入冷水后也不会使玻璃管炸裂； 耐冰冻 （可达-40℃） ， 即使冬季长时间无晴天及在夜间的 严寒条件下，真空管也不会冻裂；夜间热损失小， 热管具有单向传热的特点， 不会像前两种集热器一 样产生夜间通过集热器散热的热倒流现象； 玻璃管 内不会结垢；系统工作可靠性强，即使有玻璃管破 损，系统仍可继续工作，寿命为 15～20 年。 U 型金属－真空管集热器： 集热效率高于其它 形式的集热器，具有运行温度高（与聚反射光镜相 结合最高可达 300～400℃） 、承压能力强和耐热冲 击性能好等特点，并且可以水平安装。但其安装程 序比热管式真空管集热器复杂，接口较多、接口处 无法完全真空密封（导致保温性较前二者差） ，运 行中有漏水隐患，系统维护成本相对较高，寿命为 15～20 年。 三种真空管集热器的共同特点都具有比较高 的集热效率，以金属作为吸热体，可以承压运行， 但从集热效率、防漏、防垢、耐久性、安全性、可 靠性、安装维护难度等方面进行综合评价，热管式 真空管集热器是最适宜在中央热水供应系统中采 用的太阳能集热器类型， U 型管式真空管集热器和 直流式真空管集热器次之。 热管式真空管集热器利 用热管传热， 干性连接， 管内不走水， 具有热容小、 传热快、耐冰冻、耐热冲击、承压强、保温好、无 渗漏、易维护等优点。 4.4 集热器间连接方式的确定 集热器的连接方式有串联、并联、串并联等。 串联方式不存在阻力平衡问题， 但串联过多集热器 会使热效率降低、压力降也会增加，每组串联的集 热器个数不宜超过 3 个；并联方式压降较小，效率 较高，但并联集热器过多，阻力不宜平衡（或采用 同程系统解决） ，每组并联的平板型集热器个数不 宜超过 16 个（机械循环） 。串并联方式如果应用得 当，可以吸收前两者之优点，使效果达到最佳。 本设计中集热器之间采用并联、每组 13 个，
第 27 卷第 6 期 第 27 卷第 6 期 2013 年 12 月
匡
芳：香格里拉机场候机楼太阳能地面辐射采暖系统应用与得失 ・573・ 制冷与空调 Vol.27 No.6 Refrigeration and Air Conditioning Dec. 2013.573～577
文章编号：1671-6612（2013）06-573-05
香格里拉机场候机楼 太阳能地面辐射采暖系统应用与得失
匡 芳
昆明 650051） （昆明有色冶金设计研究院
【摘
要】 对香格里拉机场候机楼采暖设计进行总结，通过室内地板采暖系统、太阳能集热系统计算和分析， 提出了利用太阳能作为采暖能源时，在设计上要注意的问题和相应的技术措施。 低温地板辐射采暖；太阳能集热系统；设计得失 TU834 文献标识码 B
2 Q= 481块 1.8m / 块 [12909.3 0.25 (1 0.1)] 0.15 =16765307.91（kJ/天）=517.4（kW）
（注：有效集热小时数按 9.0h 计）
由于屋面面积限制，集热器倾角、排间距按计 算确定后，再预留检修、维护空间后，只能安装 481 块太阳能集热器。
2
2.1
采暖设计参数与热负荷
夏季通风系统的设计 由于本建筑实际使用过程中，外门等经常 处于开启状态，自然通风情况较好，由室外参 数可知，采用普通机械通风系统即可满足使用 要求。 2.2 冬季采暖系统设计参数的选择 根据《公共建筑节能设计标准》的规定，民 用建筑主要房间的采暖设计温度为 16～20℃。本 建筑的一些主要房间，如：入口大厅、候车大厅、 行李提取等，都是人员的临时停留场所，从实际 使用需求来说，冬季采暖设计温度也可以适当降 低。 对于地板辐射采暖系统而言，人员的“体感温 度” 必然高于室温。 根据 《地面辐射供暖技术规程》 规定， 计算室温可比常规对流暖气片采暖系统规定 值低 2℃。 因此，本工程结合上述因素，选取的主要房间 室内采暖设计计算温度（空气温度）和实际计算的
作者（通讯作者）简介：匡芳（1971.8-） ，男，本科，工程师，E-mail：kf1991@ 收稿日期：2013-07-25
・574・
制冷与空调
2013 年
筑热工参数如下： 外立面玻璃 ：双层中空 玻璃，传热 系数为 3.31W/(m2·K)；外墙传热系数 0.75W/(m2·K)，屋面 传热系数 0.53W/(m2·K)。 1.3 室外气象参数 夏季室外空调干球温度：19.7℃、夏季室外通 风干球温度：18℃； 冬季室外采暖干球温度：-7℃、冬季室外通风 干球温度：-4℃； 冬季室外极端最低温度：-27.4℃； 全年最热月平均温度：13.3℃、全年最冷月平 均温度：-3.8℃、全年平均温度：4.7℃～16.5℃； 日平均温度小于 5℃的天数：179 天（该期间 内平均温度：-0.4℃） ； 最冷月（1 月）日较差：18.7℃、最热月（7 月）日较差：10℃； 冬季日照率：72%； 夏季室外通风相对湿度：62%、冬季室外空调 相对湿度：59%。 建设地属于寒冷地区、太阳能资源分布 3 区、 气候 V 区，年平均日照小时数为 2180 小时，年太 阳辐照ble 1 房间名称 办公室 值班室、公安等 售票、安检大厅 商店、咖啡间 候机大厅 贵宾、 头等舱候机室 贵宾候车厅 乘务休息室 室内设计温度 Main design parameters for indoor 计算温度 体感温度 （℃） 16℃ 16℃ 14℃ 14℃ 12℃ 16℃ 14℃ 16℃ （℃） 18℃ 18℃ 16℃ 16℃ 14℃ 18℃ 16℃ 18℃ 备注 长时间停留场所 长时间停留场所 略长时间停留场所 略长时间停留场所 略长时间停留场所 使用标准相对较高 使用标准相对较高 使用标准相对较高
0
引言
筑面积 14,182m2。
太阳能地板辐射采暖是一种以太阳能为热源， 通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系 统。系统是以整个地面作为散热面，其辐射换热量 约占总换热量的 60%以上，其采暖效果、舒适性、 卫生条件好于传统暖气片采暖系统。尤其，地板辐 射采暖由于供、回水温度低，可以利用低品位能源 （太阳能、污水热源等），这对于提高能源综合利 用率有着积极意义。
图2 Fig.2
中国太阳能资源分布带
Layout of solar source in China
4.3
太阳能集热器的选型 目前国内的太阳能集热器主要有平板型集热 器、全玻璃真空管集热器、热管－真空管集热器、 U 型金属－真空管集热器等。 平板型集热器：20 世纪 70 年代就已生产，具 有集热快、价格低、承压高、耐闷晒、耐热冲击性 能好等特点， 在气温高、 日照好的地区热效率较高， 在室外气温较低时的热损失大而热效率低。此外， 这种集热器工作温度低（最高约为 160℃） 、不耐 冰冻，漏水后很难补救，有效使用寿命为 5～8 年。 全玻璃真空管集热器： 全年热效率高， 其成本、 耐冰冻（可达-40℃） 、夜间保温性能介于热管集热 器和平板集热器之间，承压能力较低，耐热冲击能 力较差，闷晒系统注入冷水后有可能炸裂真空管，
月～次年 4 月，各节气日出、日落时间： 夏 至：日出 5 时 7 分；日落 18 时 53 分 春、秋分：日出 6 时；日落 18 时 冬 至：日出 6 时 53 分 ；日落 17 时 7 分 4.2 太阳能集热量 候 机 楼 南 偏 东 20° ， 集 热 器 设 计 最 佳 倾 角 37.834°（朝向同建筑：南偏东 20°） ，集热系统平 均效率取 25%（亦考虑到介质为乙二醇的不利影 响） ，暖通系统太阳能保证率取 15%，则收集到的 太阳能热量为：
采暖负荷计算结果 根据建筑热工和上述采暖设计参数， 典型设计 日 条 件 下 的 采 暖 负 荷 为 1089.6kW ， 热 指 标 为 96W/m2（总采暖面积约为 11350m2） 。 2.4 主要采暖设备 间接式电锅炉 2 台：Q＝530kW/台，容积式铜 管换热器 3 台：V＝8.5m3/台； 平板式太阳能集热器 481 块（承压 0.6MPa） ： 2 2 全铜板芯、2m /块、集热面积 1.8m ； 聚丁烯 PB 地暖盘管： de20×2.0， 共计 24540m； 乙烯乙二醇溶液：6.0m3，纯度：99.99%、涤 纶级。
2.3
3
室内采暖系统设计
（1）采暖系统技术参数 室内二次水侧供/回水温：45℃/35℃（白天工 作模式） 、30℃/20℃（夜间值班模式） ； 太阳能热媒侧 （50%乙二醇溶液） 供/回水温差： Δt＝5℃； 地埋盘管间距：300mm，螺旋形布管、弯曲半 径 150mm。 （2） 本工程采用以地板辐射采暖为主的方式， 除了舒适性、 候机楼大部份区域人员均为短期滞留 等原因外，还考虑到充分利用“低位热源”的原 因。为了有效利用低温热水、降低循环水泵运行功 耗，室内二次水侧供/回水温差取 Δt＝10℃。个别 机场办公房间采用缩小盘管间距的方式保证其室 内供热量、提高其室温（没有必要因此而提高全楼
4
4.1
太阳能供热系统
能源与环保 人间最殊胜之地、传说中消失的地平线、人们 梦中的世外桃源，就是无与伦比的、美丽的香格里 拉 （藏语中 “香格里拉” 是 “心中的日月” 的意思） 。 在香格里拉县的很多政府办公室的墙上都写着这 样的标语： “不为一时损万世，且因一人换众人” ， 保护这片净土，是每个人的责任。 建筑节能是我国能源战略的重要部份之一， 充 分利用可再生能源、减少人工能源的消耗，对于我 国具有非常重要的战略意义。 香格里拉为中国太阳能资源中等类型地区（3 区） ，年太阳辐射总量为 5000-5850 MJ/m2，相当 于日辐射量 3.8～4.5kWh/m2， 年平均日照小时数为 2180 小时。6～10 月雨季日照时数 684.9h，约占全 年日照时数的 31%； 而冬季降雨量低， 日照时间长， 11 月～次年 5 月的日照时数 1505.7 h， 平均每天日 照小时数达到 7.16 h，冬季日照时数占全年日照时 数的 69%， 冬季总日射小时数： 1283.9h； 冬季 （11～ 3 次年 4 月）日总辐射量为：2323.674×10 kJ/m2；冬 季每小时平均日辐射量：1809.9 kJ/（m2·h） 、平均 2 通量密度约为 502.76W/m ；冬季日平均辐射量： 12909.3kJ/ （m2·d） 、 月平均日辐照量： 3584.7 W/m2， 大气透明度等级为 2 级。 这些均为本项目创造了较 为有利的自然条件。香格里拉县城采暖季为 11