新型太陽(yáng)能光熱技術(shù)在住宅建筑中的應(yīng)用研究.pdf

1、在眾多太陽(yáng)能利用技術(shù)中，太陽(yáng)能光熱技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化程度最高，太陽(yáng)能光熱與建筑一體化系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效替代部分常規(guī)能源滿足建筑物的用能需求。因此，太陽(yáng)能光熱與建筑一體化的推廣應(yīng)用是未來(lái)建筑節(jié)能的一個(gè)重要發(fā)展方向。但目前太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)仍存在大量技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問(wèn)題，成為太陽(yáng)能在建筑中廣泛使用的障礙。為進(jìn)一步研究并推廣太陽(yáng)能光熱技術(shù)與建筑一體化，探索太陽(yáng)能光熱技術(shù)與建筑的最優(yōu)結(jié)合形式，本文對(duì)分別適合于陽(yáng)臺(tái)、墻面和屋頂一體化集成的三

2、種新型太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)在住宅建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了有益嘗試和研究。主要內(nèi)容包括如下:
　　1、針對(duì)太陽(yáng)能與陽(yáng)臺(tái)一體化應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水器冬季結(jié)凍、熱水輸水管熱損較大、水溫提高時(shí)效率降低等一系列問(wèn)題，我們提出了壁掛式太陽(yáng)能環(huán)路熱管-熱泵熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)將具有防凍、高導(dǎo)熱和長(zhǎng)距離傳熱特性的環(huán)路熱管與熱泵系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，使環(huán)路熱管始終處于穩(wěn)定且較低的工作溫度，提高其光熱利用效率。
　　2、建立了壁掛式太陽(yáng)能環(huán)路熱管-

3、熱泵熱水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)傳熱模型，對(duì)系統(tǒng)在給定結(jié)構(gòu)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)下的性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，熱管工質(zhì)的選擇、玻璃蓋板數(shù)量、板換換熱面積、輻照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)性能均產(chǎn)生影響:有玻璃蓋板的系統(tǒng)性能優(yōu)于無(wú)玻璃蓋板的系統(tǒng);板換換熱面積越大、太陽(yáng)輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度越高則系統(tǒng)效率越高;比較了采用R22、R134a和R600a三種制冷劑為熱管工質(zhì)時(shí)系統(tǒng)的性能，R600a的效果最好。
　　3、搭建了壁掛式太陽(yáng)能環(huán)路熱管-熱泵熱水系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試

4、平臺(tái)，并建立了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和模擬計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件下平均集熱效率和COP分別為71.0％和4.93。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本吻合。以系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)分別在北京、合肥、廣州、倫敦、斯德哥爾摩和馬德里六個(gè)地區(qū)使用時(shí)的全年性能進(jìn)行模擬計(jì)算和研究分析，并與常規(guī)電加熱熱水器方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分析了該系統(tǒng)的節(jié)能性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。
　　4、針對(duì)太陽(yáng)能與墻面一體化應(yīng)用

5、，為更好地解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能被動(dòng)采暖技術(shù)在非采暖季閑置、夏季過(guò)熱等問(wèn)題，并提高太陽(yáng)能被動(dòng)采暖技術(shù)的運(yùn)行性能和可控性，改善室內(nèi)熱舒適性，我們?cè)趥鹘y(tǒng)Trombe墻的基礎(chǔ)上提出了百葉型Trombe墻。建立了百葉型Trombe墻的流動(dòng)傳熱二維模型和三維模型，并搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。利用經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的模型對(duì)百葉型Trombe墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和優(yōu)化，并給出了雷諾數(shù)范圍為4173～16693時(shí)，不同百葉角度下空氣與百葉

6、的對(duì)流換熱關(guān)系式和流動(dòng)阻力關(guān)系式。
　　5、針對(duì)太陽(yáng)能與南向坡屋頂—體化應(yīng)用，提出了瓦型太陽(yáng)能雙效集熱器，既能充分利用屋頂?shù)挠邢廾娣e為建筑提供熱量，又能改善屋頂安裝集熱器的建筑外觀效果，豐富屋頂?shù)谋憩F(xiàn)形式。在考慮集熱器集熱水模式的情況下對(duì)瓦型太陽(yáng)能雙效集熱器和平板型太陽(yáng)能雙效集熱器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果顯示瓦型太陽(yáng)能雙效集熱器在較高的工作溫度和較弱的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度下具有更高的太陽(yáng)能集熱效率，太陽(yáng)能集熱效率主要受