多種太陽能新技術(shù)在示范建筑中的應(yīng)用研究.pdf

1、太陽能建筑可以有效的降低常規(guī)能源的消耗，目前世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家都對太陽能建筑的技術(shù)開發(fā)以及應(yīng)用給予了極大的關(guān)注。我國在太陽能技術(shù)與建筑結(jié)合領(lǐng)域中，太陽能熱水應(yīng)用廣泛，但對于太陽能采暖和制冷空調(diào)的應(yīng)用還處在研究示范階段。并且關(guān)于太陽能建筑仍然沒有達(dá)成相對一致的共識，沒有形成全面利用能源的理念，建筑的美學(xué)和太陽能功能之間仍然存在沖突。為進(jìn)一步研究并推廣太陽能技術(shù)與建筑一體化，探索太陽能技術(shù)與建筑的最優(yōu)化的結(jié)合形式，提高太陽能系統(tǒng)在建筑

2、上的性能表現(xiàn)，同時(shí)發(fā)揮示范作用，本文介紹了在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校園建造的一棟太陽能示范建筑，作為太陽能技術(shù)與建筑一體化研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。示范建筑整合了太陽能光熱技術(shù)建筑一體化、太陽能光伏建筑一體化以及太陽能光伏光熱技術(shù)建筑一體化等設(shè)計(jì)理念，共采用了太陽能主、被動(dòng)采暖系統(tǒng)，太陽能光伏光熱綜合利用系統(tǒng)、太陽能制冷系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)等多種太陽能新技術(shù)為建筑提供采暖、制冷空調(diào)、生活熱水以及發(fā)電等建筑能耗所需能源。本文對建造太陽能示范建筑的設(shè)計(jì)理念

3、和系統(tǒng)運(yùn)行策略進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對太陽能系統(tǒng)應(yīng)用于示范建筑的性能表現(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究以及系統(tǒng)模擬預(yù)測。主要內(nèi)容包括如下:
　　1.為解決示范建筑南北房間溫差較大的問題，同時(shí)改善建筑室內(nèi)采暖熱舒適性，提出太陽能被動(dòng)采暖系統(tǒng)對南向房間供暖，使用主動(dòng)采暖系統(tǒng)對北向房間供暖的供暖策略，對太陽能主、被動(dòng)雙效集熱器陣列構(gòu)成的太陽能主、被動(dòng)采暖系統(tǒng)不同供暖策略進(jìn)行了對比試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示太陽能主動(dòng)式雙效集熱器陣列構(gòu)成的主動(dòng)采暖系統(tǒng)為建筑采暖的

4、加熱功率可以達(dá)到16.0kW，集熱效率在50％以上，電性能COP為21.6。使用優(yōu)化供暖策略，無論根據(jù)PMV計(jì)算還是在垂直空氣溫度分層對熱舒適性影響方面，房間熱舒適性均在ASHRAE-Standar-55規(guī)定的接受范圍內(nèi)。本文還對太陽能主、被動(dòng)雙效集熱器集熱水性能獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合運(yùn)行進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究集熱器陣列在不同集熱面積，不同流量的條件下，對系統(tǒng)熱效率的影響。
　　2.利用TRNSYS模擬平臺(tái)，構(gòu)建太陽能主、被動(dòng)采暖系統(tǒng)模型，

5、并通過實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)與系統(tǒng)模型進(jìn)行驗(yàn)證，證明了系統(tǒng)模型的可行性與準(zhǔn)確性。通過系統(tǒng)模型，預(yù)測太陽能主、被動(dòng)采暖系統(tǒng)對示范建筑在合肥地區(qū)冬季采暖的太陽能保證率，預(yù)測結(jié)果為39.5％。通過模擬研究了太陽能主、被動(dòng)采暖系統(tǒng)對示范建筑冬季采暖在不同地域環(huán)境、不同氣象條件下的太陽能保證率，結(jié)果顯示拉薩地區(qū)，由于豐富的太陽輻射資源，太陽能保證率達(dá)到76.0％。通過比較得到，環(huán)境溫度和太陽輻照強(qiáng)度是太陽能主、被動(dòng)采暖系統(tǒng)對示范建筑冬季采暖的太陽能保證率的

6、主要影響因素。
　　3.為更好的配合太陽能吸收式制冷系統(tǒng)，提高制冷機(jī)運(yùn)行性能，以及改善熱舒適性，在太陽能吸收式制冷系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了采用毛細(xì)管輻射制冷末端與太陽能吸收式制冷系統(tǒng)結(jié)合的系統(tǒng)方案。設(shè)計(jì)了溫濕度獨(dú)立處理的供冷策略，提出冷凍水實(shí)現(xiàn)梯級利用的運(yùn)行策略，通過比例調(diào)節(jié)閥控制混合水溫度作為室內(nèi)毛細(xì)管席進(jìn)水溫度，可以有效防止室內(nèi)毛細(xì)管席結(jié)露問題出現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)研究獲得，在非額定工況運(yùn)行下(熱水進(jìn)口溫度80.0℃)太陽能吸收制冷系統(tǒng)制冷量達(dá)

7、到16.5kW，平均COP為0.6，電性能COP為2.7。通過房間熱舒適性研究獲得，南北房間熱舒適度和房間內(nèi)空氣溫度分層對熱舒適性的影響也在可接受范圍內(nèi)。通過實(shí)驗(yàn)所獲得太陽能制冷性能參數(shù)，借助TRNSYS模擬平臺(tái)，建立太陽能制冷系統(tǒng)模型，通過模擬預(yù)測獲得太陽能制冷系統(tǒng)對示范建筑在合肥夏季空調(diào)負(fù)荷的太陽能貢獻(xiàn)率可以達(dá)到50.1％。
　　4.對示范建筑太陽能光伏光熱綜合利用系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得光伏特朗勃墻光伏發(fā)電平均效率在