双效陶瓷太阳能集热器热性能及建筑集成设计研究

摘要

近年来，在节能减排的政策引导和要求下，我国建筑中太阳能光热技术的应用显著增加，对于太阳能建筑一体化的要求也越来越高。但是，玻璃真空管式太阳能集热器与金属平板式太阳能集热器作为我国常规的太阳能集热器，在广大城乡的推广应用中都存在以下显著问题：适用范围具有区域局限性；与建筑一体化程度有限，集热元件耐候性、安全性差，使用年限难以做到与建筑同步；高造价制约了太阳能技术在量大面广的农村建筑中推广应用。
　　陶瓷太阳集热板是以普通陶瓷为基体，以工业废弃物制造的钒钛黑瓷为表面涂层的中空薄壁扁盒式太阳能集热体，集热性能好、耐老化、抗腐蚀、对水垢不敏感，阳光吸收比不随使用时间衰减，原材料价格低。其造价低的特点有利于在广大城乡推广，而且陶瓷材料与建筑完全匹配，在耐久性方面与建筑具有同期性，具备建筑一体化的条件。但是目前陶瓷集热器与建筑的集成研究还处于初步探索阶段。
　　本文将陶瓷太阳集热板作为吸热元件，提出了一种新的集热形式——太阳能热水和预热新风同步供给的双效陶瓷太阳能集热原理，并设计出该类型集热器和与之配套的集热器系统；建立了双效陶瓷太阳能集热实验平台，通过计算机数值模拟的方法完善了集热器参数设定，通过实测的方法确定了集热器单独热水、单独热风和热水热风双效的热性能；建立了双效陶瓷太阳能集热器与建筑集成设计的方法，确定了符合该类型集热器与建筑集成设计的原则，针对以高层住宅为代表的居住建筑和以幼儿园为代表的公共建筑，总结出一套集热器的数值设计方法和构造对接设计。
　　实验研究与计算结果表明，双效陶瓷太阳能集热器具有可行性，不论在单独加热水或空气，还是同时加热水和空气方面，都具有较高的集热效率。根据生活热水和预热新风不同的需求量，推算出分别适应住宅和幼儿园的集热面积的计算方法，证明该集热器能够与建筑有效集成。双效集热器同时提供热水和热风，能够充分考虑到住宅在采暖和生活热水需求方面的季节性差异，满足住宅、幼儿园或其它多种类型建筑的更高的健康卫生要求，以及部分工业建筑和农业建筑的生产需求。本文定量研究了集热器在室内空气品质、节能、经济和环保等方面的效益，定性研究了社会效益，研究表明，该类型集热器整合效益良好，适合应用推广。另外，在空气污染严重、雾霾频发的今天，能够提供洁净的预热新风，也为太阳能集热设备的研究与发展提供了新思路。

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第一章绪论

1.1液体工质太阳能集热器

1.2太阳能空气集热器

1.3双效太阳能集热器

1.4太阳能集热器建筑一体化设计

1.5研究意义、内容与方法

1.6论文的创新点

第二章双效陶瓷太阳能集热器原理研究

2.1陶瓷太阳能集热板概述

2.2双效陶瓷太阳能集热器的构成

2.3双效陶瓷太阳能集热器系统运行原理

2.4本章小结

第三章双效陶瓷太阳能集热器热性能研究

3.1理论模拟研究

3.2实验研究

3.3本章小结

第四章双效陶瓷太阳能集热器建筑集成设计方法

4.1建筑集成设计的要求

4.2建筑集成设计的特点

4.3建筑集成设计的原则

4.4建筑集成设计的途径

4.5本章小结

第五章双效陶瓷太阳能集热器整合效益分析

5.1整合效益综述

5.2室内空气品质

5.3节能效益

5.4经济效益

5.5环保效益

5.6社会效益

5.7本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2推广与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢