【摘要】：供暖、通風(fēng)、空調(diào)總能耗在建筑能耗中一直占主導(dǎo)地位,針對如何減少一次能源消耗,實(shí)現(xiàn)太陽能和建筑一體化設(shè)計越來越受到人們關(guān)注。本文介紹了一種嵌入新型集熱元件——選擇性太陽光隧道的太陽能集熱墻體(SST外墻)。該集熱元件具有特殊的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計,將其應(yīng)用到建筑外墻上可以實(shí)現(xiàn)對太陽光線選擇性吸收,降低建筑能耗。為了研究SST外墻在全季節(jié)工況下傳熱特性,本文在實(shí)驗(yàn)研究中搭建了設(shè)置SST外墻的太陽房和用來對比的普通房,通過連續(xù)記錄不同季節(jié)工況下室內(nèi)溫濕度和外墻溫度分布,對比分析開設(shè)通風(fēng)口后的太陽房與普通房在白天和夜間工況室內(nèi)熱環(huán)境及熱舒適性。發(fā)現(xiàn):過渡季工況南墻夾層通風(fēng)口若白天打開晚上關(guān)閉,太陽房室內(nèi)濕度主要分布在45%~75%,夏季到秋季過渡期間太陽房溫度要略高于普通房,冬季到春季過渡期間太陽房溫度略低,整體上符合民用建筑通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步研究SST外墻熱特性及節(jié)能性,將實(shí)驗(yàn)監(jiān)測冬季和夏季典型日所得的數(shù)據(jù)作為邊界條件,運(yùn)用ANSYS CFX軟件分別建立SST太陽房夏季隔熱和冬季集熱的數(shù)值模型,在進(jìn)行模型可靠性驗(yàn)證之后,分別對夏季太陽墻的隔熱效果和冬季兩種通風(fēng)方式的節(jié)能效率進(jìn)行數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結(jié)果分析計算得出:1)夏季白天工況SST外墻開設(shè)四個通風(fēng)口后,不同時刻太陽房南墻表面的熱流密度都低于普通房,尤其是正午太陽輻射強(qiáng)度最大時刻,SST外墻的節(jié)能效率達(dá)到35.15%,整個白天工況逐時平均節(jié)能效率為24.39%,夜間工況下SST外墻表現(xiàn)出保冷效果,充分體現(xiàn)了夏季工況下在SST外墻開設(shè)通風(fēng)口后太陽房的節(jié)能性;2)冬季白天工況SST外墻的集熱效率與太陽輻射強(qiáng)度呈正相關(guān),加入強(qiáng)制對流后SST外墻集熱效率從15%增大到35%;3)冬季白天工況,當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度為350 W/m~2時,SST外墻在自然通風(fēng)方式下的節(jié)能效率為19.84%,而加入強(qiáng)制對流比例后,當(dāng)風(fēng)機(jī)功率為0.8W時SST外墻的節(jié)能效率達(dá)到最大值50%;4)經(jīng)過計算得出,對于總集熱面積為6.9m~2,SST的嵌入密度為18%的SST外墻在全季節(jié)工況下,在寒冷地區(qū)(以徐州市為例),全年節(jié)省電量為342.45kW·h。本文對全季節(jié)工況下SST外墻太陽房進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)值模擬分析,發(fā)現(xiàn)太陽房在過渡季可以改變南墻通風(fēng)口的開閉情況提高室內(nèi)舒適性,在夏季和冬季典型工況下太陽房都具有明顯的節(jié)能性,對于冬季白天工況還可以采用強(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的方式提高太陽墻的集熱效率,這為SST外墻的工程應(yīng)用提供了重要參考依據(jù)。
【圖文】：

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文式太陽房室內(nèi)溫度穩(wěn)定，日波動值較小，不僅可以滿足熱舒適性還可以滿足供暖制冷需求。但是建設(shè)主動式太陽房需要設(shè)置很多設(shè)備使得整個復(fù)雜化，導(dǎo)致初始投資和維護(hù)費(fèi)用都遠(yuǎn)高于被動式太陽房。在我國建筑受到經(jīng)濟(jì)水平的制約，主動式太陽房供暖系統(tǒng)的發(fā)展較緩慢[11]。被動式太陽房是通過吸收、疏導(dǎo)直接利用太陽輻射能完成室內(nèi)供暖目的不消耗電能等常規(guī)能源的基礎(chǔ)上滿足大部分用戶采暖需求。通過設(shè)計合式結(jié)構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)降低制冷負(fù)荷。相對空調(diào)而言，，被動式降溫具有設(shè)計簡投資少、無污染無耗能等明顯優(yōu)勢。但是維護(hù)問題和夏季過熱等缺陷一被動式太陽房的推廣[12-13]。為了更好地實(shí)現(xiàn)太陽能與建筑一體化，文獻(xiàn)[52]中提出了一種新型節(jié)能選擇性太陽光隧道（SelectiveSolarTunnel，簡稱 SST 聚光體）。SST 聚四個部分組成，如圖 1-1 所示。

圖 1-2 技術(shù)路線圖Figure1-2 Technology roadmap本章小結(jié)（Summary）章首先介紹了課題的背景與意義，然后介紹了設(shè)置嵌入 SST 聚光體的太陽房，通過選擇性吸收太陽光線來實(shí)現(xiàn)太陽能與建筑一體化，建筑能耗的目的。最后提出目前關(guān)于 SST 外墻存在的問題和本文研究路線，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法分析在全季節(jié)工況下，SST 外性，并對夏季 SST 外墻在開孔后熱特性和冬季工況兩種通風(fēng)方式進(jìn)行了數(shù)值模擬，為 SST 太陽房的在實(shí)際工程應(yīng)用中提供參考。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK513.1;TU111

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2629280