多種太陽能新技術在示范建筑中的應用研究.pdf

1、太陽能建筑可以有效的降低常規(guī)能源的消耗，目前世界各國，特別是發(fā)達國家都對太陽能建筑的技術開發(fā)以及應用給予了極大的關注。我國在太陽能技術與建筑結合領域中，太陽能熱水應用廣泛，但對于太陽能采暖和制冷空調的應用還處在研究示范階段。并且關于太陽能建筑仍然沒有達成相對一致的共識，沒有形成全面利用能源的理念，建筑的美學和太陽能功能之間仍然存在沖突。為進一步研究并推廣太陽能技術與建筑一體化，探索太陽能技術與建筑的最優(yōu)化的結合形式，提高太陽能系統(tǒng)在建筑

2、上的性能表現(xiàn)，同時發(fā)揮示范作用，本文介紹了在中國科學技術大學校園建造的一棟太陽能示范建筑，作為太陽能技術與建筑一體化研究的實驗平臺。示范建筑整合了太陽能光熱技術建筑一體化、太陽能光伏建筑一體化以及太陽能光伏光熱技術建筑一體化等設計理念，共采用了太陽能主、被動采暖系統(tǒng)，太陽能光伏光熱綜合利用系統(tǒng)、太陽能制冷系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)等多種太陽能新技術為建筑提供采暖、制冷空調、生活熱水以及發(fā)電等建筑能耗所需能源。本文對建造太陽能示范建筑的設計理念

3、和系統(tǒng)運行策略進行了詳細介紹，并對太陽能系統(tǒng)應用于示范建筑的性能表現(xiàn)進行了實驗研究以及系統(tǒng)模擬預測。主要內容包括如下:
　　1.為解決示范建筑南北房間溫差較大的問題，同時改善建筑室內采暖熱舒適性，提出太陽能被動采暖系統(tǒng)對南向房間供暖，使用主動采暖系統(tǒng)對北向房間供暖的供暖策略，對太陽能主、被動雙效集熱器陣列構成的太陽能主、被動采暖系統(tǒng)不同供暖策略進行了對比試驗研究。實驗結果顯示太陽能主動式雙效集熱器陣列構成的主動采暖系統(tǒng)為建筑采暖的

4、加熱功率可以達到16.0kW，集熱效率在50％以上，電性能COP為21.6。使用優(yōu)化供暖策略，無論根據(jù)PMV計算還是在垂直空氣溫度分層對熱舒適性影響方面，房間熱舒適性均在ASHRAE-Standar-55規(guī)定的接受范圍內。本文還對太陽能主、被動雙效集熱器集熱水性能獨立運行和聯(lián)合運行進行了實驗研究，研究集熱器陣列在不同集熱面積，不同流量的條件下，對系統(tǒng)熱效率的影響。
　　2.利用TRNSYS模擬平臺，構建太陽能主、被動采暖系統(tǒng)模型，

5、并通過實驗獲得數(shù)據(jù)與系統(tǒng)模型進行驗證，證明了系統(tǒng)模型的可行性與準確性。通過系統(tǒng)模型，預測太陽能主、被動采暖系統(tǒng)對示范建筑在合肥地區(qū)冬季采暖的太陽能保證率，預測結果為39.5％。通過模擬研究了太陽能主、被動采暖系統(tǒng)對示范建筑冬季采暖在不同地域環(huán)境、不同氣象條件下的太陽能保證率，結果顯示拉薩地區(qū)，由于豐富的太陽輻射資源，太陽能保證率達到76.0％。通過比較得到，環(huán)境溫度和太陽輻照強度是太陽能主、被動采暖系統(tǒng)對示范建筑冬季采暖的太陽能保證率的

6、主要影響因素。
　　3.為更好的配合太陽能吸收式制冷系統(tǒng)，提高制冷機運行性能，以及改善熱舒適性，在太陽能吸收式制冷系統(tǒng)中，設計了采用毛細管輻射制冷末端與太陽能吸收式制冷系統(tǒng)結合的系統(tǒng)方案。設計了溫濕度獨立處理的供冷策略，提出冷凍水實現(xiàn)梯級利用的運行策略，通過比例調節(jié)閥控制混合水溫度作為室內毛細管席進水溫度，可以有效防止室內毛細管席結露問題出現(xiàn)。通過實驗研究獲得，在非額定工況運行下(熱水進口溫度80.0℃)太陽能吸收制冷系統(tǒng)制冷量達

7、到16.5kW，平均COP為0.6，電性能COP為2.7。通過房間熱舒適性研究獲得，南北房間熱舒適度和房間內空氣溫度分層對熱舒適性的影響也在可接受范圍內。通過實驗所獲得太陽能制冷性能參數(shù)，借助TRNSYS模擬平臺，建立太陽能制冷系統(tǒng)模型，通過模擬預測獲得太陽能制冷系統(tǒng)對示范建筑在合肥夏季空調負荷的太陽能貢獻率可以達到50.1％。
　　4.對示范建筑太陽能光伏光熱綜合利用系統(tǒng)進行了實驗研究。實驗結果獲得光伏特朗勃墻光伏發(fā)電平均效率在