本文選題：太陽能建筑　切入點：百葉型太陽能　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文

【摘要】：隨著生活質(zhì)量的改善,人們對室內(nèi)的舒適性要求日益提高,進而用于室內(nèi)采暖、通風與空氣調(diào)節(jié)的能耗不斷增加。在建筑中推廣可再生能源應用技術,特別是太陽能建筑一體化技術,被認為是一種降低建筑能耗的重要途徑。太陽能Trombe墻,作為一種典型的被動式太陽能在建筑墻體中的利用,能夠為室內(nèi)提供采暖與通風,相關研究表明太陽能Trombe墻的使用可以減少30%的建筑采暖能耗。然而,傳統(tǒng)太陽能Trombe墻的夏季過熱、冬季夜晚或者連續(xù)陰雨天熱損較大、外形不美觀等問題牽制了其推廣與應用。為此,本文提出將百葉簾與太陽能Trombe墻結合應用,形成了百葉型太陽能Trombe墻及百葉型太陽能PV-Trombe墻兩種結構的太陽能建筑一體化技術:前者可根據(jù)太陽能Trombe墻系統(tǒng)運行時間的不同,通過對百葉角度進行調(diào)節(jié)實現(xiàn)最大效率的采暖、通風;后者的提出是基于現(xiàn)有太陽能PV-Trombe墻存在的問題及百葉型太陽能Trombe墻的優(yōu)點,百葉型太陽能PV-Trombe墻在給室內(nèi)采暖或者通風的同時可以輸出電能,實現(xiàn)太陽能全年高效利用。百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)內(nèi)百葉簾葉片的正反面分別涂有高吸收與高漫反射涂層分別用于百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)冬、夏季不同的工作模式。利用可對比熱箱搭建了百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)的實驗平臺,對于冬季自然采暖模式及夏季通風模式分別進行了短期的實驗測試,對比了有無百葉型太陽能Trombe墻的兩個房間的性能,并記錄了各個部件的溫度數(shù)據(jù)以用于后續(xù)理論模型的驗證。分別建立了百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)在冬季及夏季運行模式下的非穩(wěn)態(tài)傳熱、流動模型以及房間的熱舒適性模型并通過實驗數(shù)據(jù)驗證所建模型的準確性。冬季的理論與實驗結果表明,相比于傳統(tǒng)太陽能Trombe墻系統(tǒng),百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)在日出后開風口的時間早1.5小時,房間的平均溫度高約5.5 ℃,日落后系統(tǒng)的熱損更小。PMV的計算結果得出百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)的房間在白天能夠達到基本舒適狀態(tài)(9:00-17:00),而傳統(tǒng)太陽能Trombe墻系統(tǒng)以及無太陽能Trombe墻系統(tǒng)的房間分別屬于偏涼與冷狀態(tài),并得出百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)更適用于像辦公室、學校等白天需要采暖較多的建筑。此外,通過比較百葉型太陽能Trombe墻與傳統(tǒng)太陽能Trombe墻系統(tǒng)的房間的垂直溫差發(fā)現(xiàn):百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)房間的垂直溫度梯度更大,其會引起約12%的不滿意百分比,故提出在太陽輻照較高時調(diào)整百葉角度使太陽光線更多投射到葉片后側的蓄熱墻體表面,或者配備風機等改善建議。利用夏季的通風模型,在滿足室內(nèi)新風需求的前提下討論了百葉角度、空氣流道厚度、墻體材料等參數(shù)對室內(nèi)冷負荷的影響。結果表明,相比于空氣流道與墻體厚度,百葉角度及墻體構造材料對改善室內(nèi)冷負荷的作用更為顯著,特別值得注意的是,當室內(nèi)空調(diào)溫度設定為26 ℃時,若百葉角度小于15 ℃時,百葉型太陽能Trombe墻的使用會增加室內(nèi)冷負荷。采用電池層壓工藝,將光伏電池與經(jīng)過陽極氧化處理的鋁百葉整體層壓成型,即形成百葉型太陽能PV-Trombe墻內(nèi)的光伏百葉簾。設計并搭建了百葉型太陽能PV-Trombe墻模塊以及現(xiàn)有文獻提出的另兩種太陽能PV-Trombe墻模塊,即內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻與外置式太陽能PV-Trombe墻。在相同的自然環(huán)境下,對三種尺寸完全相同的太陽能PV-Trombe墻模塊進行了不同進口空氣流速下的對比實驗研究。實驗測試結果表明:在進口空氣流速為0.45 m/s時外置式太陽能PV-Trombe墻模塊的日發(fā)電量(0.32 kWh)高于百葉型太陽能PV-Trombe墻模塊(0.23 kWh),但百葉型太陽能PV-Trombe墻的日平均熱效率(43.1%)明顯優(yōu)于外置式太陽能PV-Trombe墻(23.8%)與內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻模塊(33.4%)。從光熱、光電綜合利用角度得出百葉型太陽能Trombe墻的對太陽能的利用率高于外置式式太陽能PV-Trombe墻模塊(高約14.5%)與內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻模塊(高約14.1%)。根據(jù)上述百葉型太陽能PV-Trombe墻的實驗結果,對光伏百葉簾的結構進行理論上的改進,分別建立改進后的百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)、外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)以及內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型。以冬冷夏熱的合肥地區(qū)(32°N,117° E)為例,首先從理論上分析了百葉角度對百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)性能的影響,得出了在不同季節(jié)不同時刻下的最優(yōu)百葉角度,然后采用所建數(shù)學模型,從光熱、光電兩個方面對比分析了三種太陽能PV-Trombe墻全年的運行性能。模擬結果表明,改進后的百葉型改進后的百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)熱收益最多,而電性能與外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)的電性能相近,均優(yōu)于內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)。將減少的冷、熱負荷轉化為電能消耗的減少量后得出百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)年度節(jié)約的總電能比外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)高約45.7%,比內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)高約45.1%。進一步得出,單位面積百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)年度減少的CO_2排放量約為內(nèi)置式或者外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)的1.5倍之多。
[Abstract]:With the improvement of the quality of life , the indoor comfort is increased , and the energy consumption for indoor heating , ventilation and air conditioning is increasing . The solar PV - Trombe wall module is built up with solar PV - Trombe wall and built - in solar PV - Trombe wall . The results show that the solar PV - Trombe wall has higher utilization rate of solar PV - Trombe wall than the solar PV - Trombe wall .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK519;TU18

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本文編號：1696973