生態(tài)建筑太陽能復合能量系統(tǒng)研究.pdf

1、生態(tài)建筑強調利用可再生的自然能源，而少消耗煤、石油等礦物燃料。太陽能具有清潔安全、無需開采和運輸?shù)葍?yōu)點，迎合了生態(tài)建筑的理念，近年來引起了越來越多的關注。但是，目前關于太陽能的研究仍然主要停留在熱水供應系統(tǒng)，而對于集多項太陽能熱利用技術為一體的復合能量系統(tǒng)鮮有報道，尤其是太陽能空調技術尚未在產業(yè)化突破，這主要是因為現(xiàn)有的制冷技術與市場上普遍使用的太陽能集熱器不能很好地“接軌”。本課題在硅膠－水吸附式制冷機組成功開發(fā)的基礎上，以上海市建筑

2、科學研究院生態(tài)辦公樓為背景，開展對太陽能生態(tài)建筑一體化結構及復合能量系統(tǒng)的深入研究。主要研究內容包括： (1)在總結分析太陽能復合能量系統(tǒng)部件實驗的基礎上，針對460m2建筑面積的采暖空調，設計并搭建了基于太陽能熱利用技術的復合能量系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括150m2真空管太陽能集熱器陣列、兩臺額定制冷量為8.5kW的吸附式制冷機組、地板采暖盤管、翅片管式換熱器、2.5m3的蓄熱水箱、冷卻塔等。具有冬季地板采暖、夏季空調、過渡季節(jié)強化自

3、然通風、四季供應熱水等功能，實現(xiàn)了太陽能熱利用技術的高度集成。 (2)在太陽能生態(tài)建筑一體化結構方面，主要研究了太陽能屋面通風結構的自然通風性能，實踐了過渡季節(jié)利用太陽能熱水強化熱壓的創(chuàng)新設計思路。此外，在生態(tài)建筑中采用鋼結構，將太陽能集熱器陣列與建筑屋面實現(xiàn)完美的一體化結合。 (3)建立了太陽能復合能量系統(tǒng)的數(shù)學模型，結合建筑熱環(huán)境模型，對復合能量系統(tǒng)的全年工作性能以及建筑室內熱環(huán)境進行了預測。預測結果表明在設計工況下

4、，太陽能復合能量系統(tǒng)可以滿足冬季采暖熱負荷(25kW)以及夏季空調冷負荷(15kW)。 (4)對太陽能復合能量系統(tǒng)進行全年工況的運行實驗，獲得了大量的具有實用價值和指導意義的實驗結果。主要考察了典型氣候條件下，冬季地板采暖以及夏季吸附式空調系統(tǒng)的運行特性。冬季典型工況下，太陽能地板采暖房間地板溫度平均為23.71℃，空氣溫度平均為17.10℃，滿足室內熱舒適要求。冬季地板采暖太陽能利用分數(shù)為56.31％。夏季典型工況下太陽能吸附

5、式空調系統(tǒng)連續(xù)8小時運行期間內的平均制冷量為15.31kW，制冷量最高達到20kW，相對于耗電量的制冷性能系數(shù)平均為8.19，最高可超過10。夏季吸附式空調太陽能利用分數(shù)為71.73％。 (5)針對太陽能地板采暖以及吸附式空調工況，分別研究了開式以及閉式兩種循環(huán)方式下，太陽能復合能量系統(tǒng)的運行特性。實驗結果表明，在相同環(huán)境條件下，閉式系統(tǒng)可以實現(xiàn)與開式系統(tǒng)相似的采暖空調效果。與開式系統(tǒng)相比，閉式太陽能地板采暖系統(tǒng)相對于耗電量的日

6、平均供熱性能系數(shù)提高1倍；閉式太陽能吸附式空調系統(tǒng)的制冷性能系數(shù)提高41.67％。結合節(jié)能性以及環(huán)保效益的分析表明，相對于單一電能復合能量系統(tǒng)，閉式系統(tǒng)的能耗節(jié)約率為40.02％，運行費用節(jié)約率為54.00％，污染物減排率均已超過70％。因此，閉式系統(tǒng)在節(jié)能以及環(huán)保方面更具有開發(fā)和應用前景。 (6)在上海市的氣候條件下，采用150m2真空管太陽能集熱器，可以滿足460m2使用面積的采暖和空調，此外還可以使得熱壓作用下的自然通風換