遮阳板式太阳能相变集热器的研制与性能研究

【摘要】：遮阳是建筑被动式隔热的主要方式之一,同时太阳能与建筑一体化技术是实现建筑中太阳能利用的主要发展方向。本文将建筑遮阳构件与太阳能集热元件一体化,形成了一种新型的太阳能相变集热装置,并通过所搭建的实验测试平台对其集热量、集热效率及其隔热性能进行了实验测试,对集热器在不同工况下的集热和隔热性能的影响因素进行了分析,找到了集热器的累积集热量、集热效率和隔热特性的变化规律,并提出了装置结构优化的建议。该装置具有遮阳隔热和太阳能集热双重功能,为在建筑中太阳能的高效利用,实现太阳能与建筑一体化提供一种新的工程应用模式。根据遮阳板表面颜色和内部填充物质分为三组构造模式。构造模式1：未涂黑+填充MG58相变材料；构造模式2：涂黑+填充MG58相变材料；构造模式3：涂黑+填充钢丝屑。通过调节模拟辐射强度和水流量来实现不同工况下。实验测得集热器在不同工况下的性能如下：集热性能：遮阳板式太阳能相变集热器能够有效实现太阳能集热。三种构造模式下集热器的累积集热量分别为720.0kJ/m2～1740.OkJ/m2,780.OkJ/m2～2020.OkJ/m2, 780.0kJ/m2～1940.0kJ/m2;集热效率分别为4.0%～11.8%,4.6%～12.3%,4.2%～13.2%。集热性能影响因素及其变化规律：(1)集热器的累积集热量随着辐射强度增大呈线性增长；集热效率随着辐射强度的增大呈对数减小。集热器的累积集热量及集热效率均随流量的增大呈线性增长。(2)遮阳板表面颜色涂黑后,集热器的累积集热量平均提高13.1%,集热效率平均提高0.8%。 (3)将遮阳板内部蓄热材料由MG58相变材料换成钢丝屑后,累积集热量随着辐射强度增大而增大的速度降低,随着水流量增大而增大的速度有所提高；集热效率随着辐射强度增大而降低的速度提高,集热效率随着水流量增大而增大的速度提高。(4)累积集热量随集热时间的延长不断增大,但增速逐渐减小；集热效率随集热时间的延长呈指数减小。隔热性能：将功能单一的遮阳板改装成遮阳板式太阳能相变集热器后,其隔热性能更好。三种构造模式下,集热器通水后小室内部空气的8h温升比未通水时低0.5℃～0.8℃、0.5℃～1.0℃、1.0℃～1.5℃;内能增量比未通水时低0.64kJ/m3～1.04 kJm3、0.65kJ/m3～1.30 kJ/m3、0.81kJ/m3～2.07 kJ/m2。隔热性能影响因素及其变化规律：(1)小室内部空气内能增量随辐射强度增大呈线性增长,随流量的增大呈线性减小,反映出集热器内水流量的增大有利于降低传入室内的热量。(2)遮阳板表面涂黑后,集热器的集热量增大,但隔热性能也降低,模拟小室内部空气温升幅度比未涂黑时平均高0.5℃C,内能增量平均提高26.7%。(3)将遮阳板内部填充物由MG58相变材料换成钢丝屑后,小室内部空气温度上升趋势比内部填充MG58时更为平缓。 【关键词】：遮阳板 太阳能 热管 相变材料 集热器
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• CONTENTS11-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题的研究背景及意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 太阳能集热系统与墙体一体化17-18
• 1.2.2 太阳能集热系统与阳台一体化18-20
• 1.2.3 太阳能集热系统与屋面一体化20-21
• 1.3 存在的主要问题21
• 1.4 本课题的研究内容21-22
• 1.5 关键性技术问题22
• 1.6 课题的创新性22-23
• 第二章 实验系统及测试方案23-31
• 2.1 集热器的构造及原理23-27
• 2.1.1 集热器的设计及构造23-26
• 2.1.2 集热器的工作原理26-27
• 2.2 测试设备及仪器27
• 2.3 测试方案27-31
• 2.3.1 集热性能测试方案27
• 2.3.2 隔热性能测试方案27-29
• 2.3.3 测点布置29-30
• 2.3.4 构造模式30-31
• 第三章 集热性能测试分析31-48
• 3.1 测试结果31-36
• 3.1.1 构造模式131-33
• 3.1.2 构造模式233-34
• 3.1.3 构造模式334-36
• 3.2 累积集热量与集热效率的计算36-39
• 3.2.1 累积集热量的计算36-38
• 3.2.2 集热效率的计算38-39
• 3.3 辐射强度对集热性能的影响39-41
• 3.4 流量对集热性能的影响41-42
• 3.5 遮阳板表面颜色对集热性能的影响42-43
• 3.6 遮阳板内部填充物质对集热性能的影响43-44
• 3.7 集热性能随时间的变化规律44-47
• 3.8 小结47-48
• 第四章 隔热性能测试分析48-64
• 4.1 实验结果50-56
• 4.1.1 构造模式150-52
• 4.1.2 构造模式252-54
• 4.1.3 构造模式354-56
• 4.2 模拟小室内空气内能增量56-57
• 4.3 辐射强度对隔热特性的影响57-58
• 4.4 流量对隔热性能的影响58-59
• 4.5 遮阳板表面颜色对隔热性能的影响59-61
• 4.6 遮阳板内部填充物质对隔热性能的影响61-62
• 4.7 小结62-64
• 第五章 热平衡方程模型的建立及经济性分析64-80
• 5.1 遮阳板热平衡方程分析64-72
• 5.1.1 遮阳板表面热平衡方程64-68
• 5.1.2 集热元件内部热平衡方程68-71
• 5.1.3 优化建议71-72
• 5.2 隔热传热分析72-75
• 5.2.1 热平衡方程72-75
• 5.2.2 优化建议75
• 5.3 经济性分析75-78
• 5.4 小结78-80
• 结论与建议80-82
• 结论80-81
• 建议81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86-88
• 致谢88

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