新型太陽能光熱技術在住宅建筑中的應用研究.pdf

1、在眾多太陽能利用技術中，太陽能光熱技術最成熟、應用最廣泛、產業(yè)化程度最高，太陽能光熱與建筑一體化系統(tǒng)的應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，太陽能光熱與建筑一體化的推廣應用是未來建筑節(jié)能的一個重要發(fā)展方向。但目前太陽能光熱系統(tǒng)仍存在大量技術和經(jīng)濟上的問題，成為太陽能在建筑中廣泛使用的障礙。為進一步研究并推廣太陽能光熱技術與建筑一體化，探索太陽能光熱技術與建筑的最優(yōu)結合形式，本文對分別適合于陽臺、墻面和屋頂一體化集成的三

2、種新型太陽能光熱利用技術在住宅建筑中的應用進行了有益嘗試和研究。主要內容包括如下:
　　1、針對太陽能與陽臺一體化應用，為解決傳統(tǒng)陽臺壁掛式太陽能熱水器冬季結凍、熱水輸水管熱損較大、水溫提高時效率降低等一系列問題，我們提出了壁掛式太陽能環(huán)路熱管-熱泵熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)將具有防凍、高導熱和長距離傳熱特性的環(huán)路熱管與熱泵系統(tǒng)有機結合，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、建立了壁掛式太陽能環(huán)路熱管-

3、熱泵熱水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)傳熱模型，對系統(tǒng)在給定結構參數(shù)和環(huán)境參數(shù)下的性能進行了數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，熱管工質的選擇、玻璃蓋板數(shù)量、板換換熱面積、輻照強度以及環(huán)境溫度對系統(tǒng)性能均產生影響:有玻璃蓋板的系統(tǒng)性能優(yōu)于無玻璃蓋板的系統(tǒng);板換換熱面積越大、太陽輻照強度和環(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時系統(tǒng)的性能，R600a的效果最好。
　　3、搭建了壁掛式太陽能環(huán)路熱管-熱泵熱水系統(tǒng)實驗測試

4、平臺，并建立了相應的動態(tài)數(shù)學模型，對系統(tǒng)的動態(tài)運行特性進行了實驗測試和模擬計算。研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在實驗測試條件下平均集熱效率和COP分別為71.0％和4.93。數(shù)值模擬結果與實驗測試結果基本吻合。以系統(tǒng)動態(tài)模型為基礎，對系統(tǒng)分別在北京、合肥、廣州、倫敦、斯德哥爾摩和馬德里六個地區(qū)使用時的全年性能進行模擬計算和研究分析，并與常規(guī)電加熱熱水器方案進行技術經(jīng)濟比較，分析了該系統(tǒng)的節(jié)能性、環(huán)保性和經(jīng)濟性。
　　4、針對太陽能與墻面一體化應用

5、，為更好地解決傳統(tǒng)太陽能被動采暖技術在非采暖季閑置、夏季過熱等問題，并提高太陽能被動采暖技術的運行性能和可控性，改善室內熱舒適性，我們在傳統(tǒng)Trombe墻的基礎上提出了百葉型Trombe墻。建立了百葉型Trombe墻的流動傳熱二維模型和三維模型，并搭建了實驗測試平臺，根據(jù)實驗測試結果對模型進行驗證。利用經(jīng)過實驗驗證的模型對百葉型Trombe墻的內部結構進行了分析和優(yōu)化，并給出了雷諾數(shù)范圍為4173～16693時，不同百葉角度下空氣與百葉

6、的對流換熱關系式和流動阻力關系式。
　　5、針對太陽能與南向坡屋頂—體化應用，提出了瓦型太陽能雙效集熱器，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瓦型太陽能雙效集熱器和平板型太陽能雙效集熱器進行對比實驗研究，并建立相應的數(shù)學模型。結果顯示瓦型太陽能雙效集熱器在較高的工作溫度和較弱的太陽輻照強度下具有更高的太陽能集熱效率，太陽能集熱效率主要受