太阳能双效集热器应用于建筑采暖的研究

摘要

太阳能是一种安全、清洁的可再生能源，具有普遍性和资源十分丰富的特点，是重要的常规化石能源的替代物，开发利用太阳能具有巨大的经济效益和环境效益，建筑能耗是社会总能源消耗结构中重要组成部分，在建筑中大力推广、应用太阳能利用技术，降低建筑能耗中常规能源比例，是实现社会可持续发展的重要途径。
　　 太阳能双效集热器是一种新型的太阳能光热综合利用与建筑一体化技术，比传统的太阳能集热器功能强大，具有两种独立功能:冬季以采暖工作模式运行向建筑物供暖，无需供暖的其他季节以制热水工作模式运行收集热水。集热器可全年不间断运行，大大提高了太阳能的利用率，具有使用方便、经济性好的特点。冬季采暖模式下，集热器可以向建筑物提供主动和被动两种采暖方式，主、被动结合的太阳能双效集热器空气采暖系统，可同时解决南向房间和北向房间的供暖问题。
　　 建立了应用太阳能双效集热器的主、被动式采暖的示范建筑测试平台，借助于TRNSYS数值仿真工具，编写双效集热器自定义组件，对该建筑的太阳能双效集热器采暖系统在整个供暖季的运行工况进行了模拟。模拟结果显示在合肥地区，木质结构的示范房只需白天供暖情况下，整个采暖期的太阳能保证率为38％，而同样条件下在拉萨和上海地区，太阳能保证率分别达到77％和58％;若示范建筑采用有蓄热能力的混凝土砖墙结构，在拉萨地区全天供暖条件下太阳能保证率达到64％;晴朗天气，南向房间和北向房间白天均可以达到20℃以上舒适性温度。并模拟了在不同辐照条件地区采暖系统的表现，分析了集热器倾角、出口空气温度、集热面积等对双效集热器采暖性能的影响，重点讨论了建筑围护结构的蓄热性能对太阳能采暖系统的影响。
　　 对应用太阳能双效集热器的主、被动式采暖的示范建筑平台进行了实验测试，测试结果表明，只采用集热器的被动采暖的南向房间和主动采暖的北向房间，在辐照条件良好的晴朗天气，白天平均环境温度低于5℃条件下，房间的温度都可以达到20℃以上，基本上可以满足建筑采暖需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 能源和环境形势

1．1．2 我国的建筑能耗

1．2 中国的太阳能资源

1．3 太阳能在建筑采暖系统中的应用

1．3．1 被动式太阳能采暖

1．3．2 主动式太阳能采暖

1．4 可再生能源建筑应用工程评价标准

1．4．1 相关概念介绍

1．4．2 太阳能热利用系统的评价指标

1．5 论文研究内容和方法

第2章 双效集热器采暖模式的工作原理和理论模型

2．1 太阳能双效集热器简介

2．2 太阳能双效集热器的采暖工作模式

2．3 双效集热器采暖模式的理论模型

2．3．1 双效集热器被动采暖模式

2．3．2 被动采暖与建筑耦合传热计算

2．3．3 换热系数的计算

2．3．4 双效集热器主动采暖模式

2．4 新型太阳能示范建筑

2．5 本章小结

第3章 双效集热器主、被动采暖的仿真模型

3．1 仿真软件介绍

3．1．1 TRNSYS简介

3．1．2 优势和适用范围

3．2 系统的仿真模型

3．2．1 分解模型

3．2．2 双效集热器的主、被动式采暖模型

3．3 本章小结

第4章 示范建筑主、被动式采暖的模拟结果与分析

4．1 系统的模拟计算参数

4．1．1 建筑围护结构参数

4．1．2 采暖设计参数

4．2 模拟结果与分析

4．3 主动式采暖系统的影响因素

4．4 不同辐照条件下采暖系统的分析

4．5 本章小结

第5章 围护结构的蓄热能力对采暖系统的影响

5．1 办公用途的示范房太阳能采暖系统分析

5．1．1 建筑物围护结构参数

5．1．2 结果与讨论

5．1．3 采暖系统在辐照充足地区的对比

5．2 居住用途的示范房太阳能采暖系统分析

5．2．1 采暖在系统拉萨地区的表现

5．2．2 采暖系统在不同地区的对比

5．3 本章小结

第6章 双效集热器的主、被动式采暖实验测试

6．1 测试系统介绍

6．2 实验测试结果

6．2．1 被动式采暖

6．2．2 主动式采暖

6．3 本章小结

第7章 工作总结和展望

7．1 工作总结

7．2 展望

参考文献

附录1 符号表

附录2

攻读学位期间发表的学术论文

致谢