光伏屋顶形式优化的实验和理论研究

【摘要】： 随着建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大,将太阳能等可再生能源利用技术与建筑物相结合,对于缓解常规能源短缺,改善建筑环境具有重要意义。光伏建筑一体化提出了一种新的可再生能源的利用方式。 本文针对现有光伏建筑一体化理论模型的缺点和不足,对三种典型的光伏屋顶,即带有通风流道的光伏屋顶,封闭通风流道的光伏屋顶,不带通风流道的光伏屋顶,以及普通屋顶,提出新的理论模型。该模型将光伏组件分成五层来考虑,从上到下依次为:玻璃盖板、上层EVA(聚乙烯-醋酸乙烯酯)、太阳电池、下层EVA、背板TPT(Tedalr复合氟塑料膜)层,分别考虑各层之间的传热以及光伏组件表面和环境之间的传热;发展了Sandia光伏组件电性能模型,考虑光伏组件的电性能;以辐射时间系数(RTS)负荷计算方法为基础,计算通过光伏屋顶的室内冷/热负荷。 本文在天津地区建立了三种光伏屋顶和普通屋顶的对比实验台,并分别考察了它们的热性能。将理论计算结果和实验结果进行对比,结果表明所建立理论模型能够很好的预测光伏屋顶的性能。在此基础上,对比了三种光伏屋顶对光伏组件电性能的影响、光伏组件和建筑结合之后对建筑外围护结构保温隔热性能的影响,以及光伏屋顶对建筑室内冷/热负荷的影响。最后,选取我国五个建筑热工分区(严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区以及温和地区)典型城市的气象数据,分析了三种光伏屋顶的性能,得出了不同气候条件下最优的光伏屋顶形式。 【关键词】：光伏屋顶 围护结构热性能 建筑冷/热负荷 数学模型
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU231
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 前言8-10
• 第一章 文献综述10-27
• 1.1 能源、资源与环境10-11
• 1.1.1 化石能源利用现状10-11
• 1.1.2 太阳能利用技术11
• 1.2 建筑节能与太阳能建筑11-18
• 1.2.1 建筑能耗11-12
• 1.2.2 建筑节能12-13
• 1.2.3 太阳能建筑13-18
• 1.3 光伏建筑一体化18-23
• 1.3.1 光伏建筑一体化的形式18-19
• 1.3.2 光伏建筑一体化的发展计划19
• 1.3.3 光伏建筑一体化的研究进展19-23
• 1.4 建筑能耗分析方法的研究进展23-25
• 1.4.1 建筑空调负荷计算方法的研究23-24
• 1.4.2 建筑能耗模拟软件的发展24-25
• 1.5 论文工作的提出25-27
• 第二章 光伏屋顶理论模型的建立27-39
• 2.1 系统建模分析27-29
• 2.1.1 传热过程分析27-28
• 2.1.2 模型假设28-29
• 2.2 光伏屋顶的热平衡模型29-35
• 2.2.1 带通风流道的光伏屋顶29-34
• 2.2.2 封闭通风流道的光伏屋顶34
• 2.2.3 不带通风流道的光伏屋顶34-35
• 2.2.4 普通屋顶35
• 2.3 光伏组件的电性能模型35-36
• 2.4 冷热负荷计算模型36-37
• 2.4.1 围护结构传导得热量的计算36
• 2.4.2 辐射时间系数的计算36
• 2.4.3 冷热负荷的计算36-37
• 2.5 模拟程序37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 光伏屋顶系统热性能的实验研究39-57
• 3.1 实验系统简介39-41
• 3.1.1 对比实验台39-40
• 3.1.2 光伏模块40
• 3.1.3 屋面保温40-41
• 3.2 测试系统41-42
• 3.2.1 测温点布置41-42
• 3.2.2 测量方法42
• 3.3 实验数据分析42-49
• 3.3.1 带通风流道的光伏屋顶43-46
• 3.3.2 封闭通风流道的光伏屋顶46-47
• 3.3.3 不带通风流道的光伏屋顶47-49
• 3.4 实验结果和理论计算结果对比49-56
• 3.4.1 带通风流道的光伏屋顶50-52
• 3.4.2 封闭通风流道的光伏屋顶52-53
• 3.4.3 不带通风流道的光伏屋顶53-54
• 3.4.4 普通屋顶54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 光伏屋顶系统的性能模拟57-78
• 4.1 光伏屋顶模型57-58
• 4.2 光伏屋顶对系统性能的影响58-67
• 4.2.1 对光伏组件性能的影响59-64
• 4.2.2 对建筑室内冷热负荷的影响64-67
• 4.3 光伏屋顶对屋顶结构热性能的影响67-70
• 4.3.1 屋顶的隔热性能67-69
• 4.3.2 屋顶的保温性能69-70
• 4.4 不同气候条件对光伏屋顶系统性能的影响70-77
• 4.4.1 对光伏组件性能的影响72-74
• 4.4.2 对建筑负荷的影响74-77
• 4.5 本章小结77-78
• 第五章 结论与展望78-80
• 5.1 结论78
• 5.2 展望78-80
• 符号说明80-83
• 参考文献83-90
• 发表论文和科研情况说明90-91
• 附录91-94
• 致谢94

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