百叶型太阳能集热蓄热墙系统的热性能研究

【摘要】：近年来,我国经济实力进一步增强,经济的迅速发展,也激发了对于能源的需求,作为世界上最大的发展中国家,虽然我国的能源总储蓄排在世界的前面,但人均水平和世界其他国家的平均水平还有差距。因此降低我国能源消耗,特别是作为在国家能源消费中占比最大的建筑能耗,以及降低常规化石能源在能源消费中的地位,积极发展新能源以及可再生能源,应该作为今后我国能源发展道路的着重点。 太阳能作为可再生能源的一种,使用起来安全、清洁,并且具有无穷无尽的特点,开发利用太阳能,对于减少常规能源消耗、保护自然环境、缓解气候变化等,具有重大意义,将太阳能应用技术和建筑结合在一起,是当前降低建筑能耗的重要途径。太阳能制取热水和太阳能采暖是当前社会在建筑上应用比较多的太阳能应用技术。 太阳能采暖应用中,当前应用较多的有Trombe墙、改进型的复合Trombe墙、将PV模块贴在传统Trombe墙玻璃盖板背面的PV-Trombe墙,以上提到的既有主动采暖也有被动采暖,都主要针对冬季采暖功能,没有考虑到非采暖期的夏季过热问题,为了解决这一问题,我们提出了一种新型的集热墙结构形式百叶型集热墙。我们在Trombe墙的空气流道中悬挂可翻转的百叶帘,百叶帘叶片的两面分别涂有高吸收率和高反射率涂层,分别对应冬季和夏季工况,搭建了可对比实验平台,在此基础上,我们在完全动态的室外环境下对百叶型集热墙进行了对比测试,测试了百叶型集热墙对室内热环境的影响,以及其在设置在不同叶片角度下的热表现,经过对比分析发现,在冬季工况下,在室内无热源的情况下,装有百叶型集热墙的房间最高温度能够达到25℃以上,能够满足冬季的采暖要求,在叶片角度设置在45°时,集热效果最好,装有百叶型集热墙的实验房间最高温度达到26.1℃,实验房间的平均温度最高比普通房间高出12.6°C,说明百叶型集热墙能明显地提高室内温度,改善室内热环境,减少采暖能耗。 夏季工况下,保持室内下通风口和室外通风口开启及室内上通风口关闭,对实验平台进行分别控温22℃,24°C,26°C进行对比实验,将百叶型集热墙和室内房间作为一个封闭的系统来处理,实验房间的南墙温度平均比对比房间南墙温度低1.71。C,最大差值为2.02°C；实验房间南墙得热和对比房间南墙得热平均差为3.29×103kJ,最大差值为3.62×103kJ,也即减少的制冷负荷。说明百叶型集热墙在夏季工况时具有减少南墙得热,降低室内冷负荷的能力,同时改善室内通风效果。 针对传统集热蓄热墙美观性较差的特点,同时黄山地区的徽派民居建筑冬季寒冷夏季较为炎热,且徽派建筑具有较大面积的南立墙面和较小窗户的特点,提出了与徽派建筑遮阳(遮雨)檐相结合的百叶型集热墙形式,将集热墙的室外出风口隐藏在遮阳(遮雨)檐下,在改变传统集热墙外观的同时,又能提高冬季徽派建筑室内温度和舒适度,同时改善夏季的通风。 【关键词】：百叶型集热墙 可翻转百叶帘 太阳能光热建筑一体化 室内热负荷 室内冷负荷 主被动采暖 建筑节能
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU18;TU111.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 现今我国能源概况11-12
• 1.1.1 我国的能源现状11
• 1.1.2 我国的能源特点11-12
• 1.2 建筑能耗12-15
• 1.2.1 建筑能耗的特点13
• 1.2.2 建筑节能技术13-15
• 1.3 我国太阳能资源分布15-16
• 1.3.1 我国太阳能资源概述15
• 1.3.2 我国太阳能资源分布的主要特点15-16
• 1.4 太阳能与建筑设计一体化16-25
• 1.4.1 太阳能光热建筑设计一体化(BIT)17-21
• 1.4.2 太阳能光伏建筑设计一体化(BIPV)21-24
• 1.4.3 太阳能光伏光热建筑设计一体化(BIPV/T)24-25
• 1.5 本文的主要工作25-26
• 第二章 百叶型太阳能集热墙实验研究26-60
• 2.1 百叶型集热墙简介26-28
• 2.2 百叶帘制作28-29
• 2.3 百叶型集热墙实验平台简介29-34
• 2.3.1 实验测量系统30-31
• 2.3.2 温控系统31-33
• 2.3.3 实验数据处理33-34
• 2.4 冬季未控温采暖模式下不同叶片角度的实验研究34-50
• 2.4.1 自然对流工况下不同叶片角度对室内热环境的影响35-46
• 2.4.2 强迫对流工况下不同叶片角度对室内热环境影响46-48
• 2.4.3 不同叶片角度下自然对流和强迫对流工况对比分析48-50
• 2.5 冬季控温条件下百叶型集热墙的热性能50-54
• 2.6 夏季控温条件下集热墙的热表现54-59
• 2.7 本章小结59-60
• 第三章 百叶型太阳能集热墙的理论模型60-67
• 3.1. 玻璃盖板的能量平衡61-63
• 3.2. 空气夹层中的能量平衡63-64
• 3.3. 南墙中的传热平衡64-66
• 3.4. 房间内的能量平衡66-67
• 第四章 全文总结及前景展望67-71
• 4.1 本文的主要工作和创新点67-68
• 4.2 前景展望：与徽派建筑遮阳(遮雨)檐相结合的百叶型集热墙68-69
• 4.3 后续工作69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果77

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