太陽(yáng)能空氣集熱模塊的熱過程優(yōu)化分析

【摘要】： 太陽(yáng)能空氣集熱器是一種經(jīng)濟(jì)、有效地利用太陽(yáng)能進(jìn)行采暖的太陽(yáng)能利用設(shè)備,與建筑集成的太陽(yáng)能空氣集熱器通常稱之為太陽(yáng)能空氣集熱建筑模塊(以下簡(jiǎn)稱集熱模塊)。 目前太陽(yáng)能空氣集熱模塊存在熱效率偏低、夏季過熱、與建筑的集成度不高等問題,影響了安裝集熱器的建筑在冬、夏季的室內(nèi)熱舒適性及其建筑立面效果,制約了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。通過文獻(xiàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn),國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者都將研究重點(diǎn)集中在單體集熱器的熱性能優(yōu)化方面,而對(duì)集熱器在全年工況下的運(yùn)行效果及集熱器與建筑集成技術(shù)的研究開發(fā)方面的研究甚少。 本研究源于“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目:可再生能源與建筑集成技術(shù)的研究與示范”課題4—太陽(yáng)能集熱建筑模塊的研究與開發(fā),針對(duì)集熱模塊的熱效率、間層內(nèi)空氣循環(huán)特性、集成模式等問題進(jìn)行了深入的研究,經(jīng)過近1年多的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,得到的創(chuàng)新性研究成果如下: 1)基于空氣集熱模塊的基本形式,從兼顧提高冬季采暖性能和降低夏季過熱的思路出發(fā),開發(fā)出了適用于全年工況下帶空氣間層分隔板的開孔平板型(孔徑5mm,孔間距15mm)集熱模塊。這種優(yōu)化的集熱模塊是通過比較分析實(shí)心平板、不同孔徑的開孔平板以及不同流通路徑對(duì)集熱模塊熱效率影響而得到的,較傳統(tǒng)的實(shí)心平板型集熱模塊,優(yōu)化模塊形式,集熱效率提高了50%。夏季降溫方式為:通過玻璃蓋板上端的風(fēng)機(jī)將室外空氣經(jīng)邊框下端開口引入間層,帶走集熱模塊內(nèi)熱量,并將高溫空氣排至室外,降低集熱模塊的過熱度。通過本研究開發(fā)的集熱模塊熱效率可達(dá)75%以上,夏季安裝集熱模塊區(qū)域南墻冷負(fù)荷為悶曬工況的12.5%。 2)在熱性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)開孔平板型集熱模塊形式建立了理論計(jì)算模型,對(duì)集熱模塊的材料及間層厚度等進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化方案的分析并對(duì)冬季采暖效果進(jìn)行了預(yù)測(cè)。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)優(yōu)化集熱模塊長(zhǎng)寬比為6、內(nèi)外側(cè)空氣間層厚度比為3、太陽(yáng)輻射照度＞230W/m~2時(shí),其供熱量可以滿足節(jié)能65%南向房間的建筑熱負(fù)荷需求,相當(dāng)于在大連地區(qū)的室外氣候條件下一棟6層4單元、每戶帶有2間南向房間的住宅建筑一個(gè)采暖期可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3032.64kg。 本研究為太陽(yáng)能空氣集熱模塊的研究和設(shè)計(jì)提供參考依據(jù),對(duì)推動(dòng)太陽(yáng)能熱利用技術(shù)具有重要的意義與應(yīng)用價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】：平板型太陽(yáng)能空氣集熱器 全年運(yùn)行 建筑集成 熱性能
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題的意義10
• 1.2 研究背景10-18
• 1.2.1 太陽(yáng)能空氣集熱器簡(jiǎn)介10-12
• 1.2.2 太陽(yáng)能空氣集熱器的發(fā)展和研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 太陽(yáng)能空氣集熱器與建筑集成的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀15-18
• 1.3 集熱模塊熱性能優(yōu)化過程中的特殊問題18-19
• 1.3.1 適用于全年工況的集熱模塊結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)18
• 1.3.2 集熱模塊與建筑的接口技術(shù)18-19
• 1.4 本研究的目的及主要內(nèi)容19-20
• 1.4.1 本研究目的19
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容19-20
• 2 壁掛式平板型集熱模塊的優(yōu)勢(shì)分析20-26
• 2.1 21世紀(jì)中國(guó)城鎮(zhèn)住宅模式簡(jiǎn)述20-21
• 2.2 平板型空氣集熱器的優(yōu)勢(shì)21-23
• 2.3 集熱模塊設(shè)計(jì)方案23-25
• 2.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)選取原則23-24
• 2.3.2 設(shè)計(jì)方案24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 集熱模塊冬季集熱性能優(yōu)化研究26-36
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)施及實(shí)驗(yàn)方法26-28
• 3.1.1 集熱模塊27
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法27-28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析28-35
• 3.2.1 集熱板形式對(duì)模塊集熱性能的影響28-31
• 3.2.2 集熱板開孔孔徑大小對(duì)模塊集熱性能的影響31-33
• 3.2.3 循環(huán)空氣流動(dòng)路徑對(duì)模塊集熱性能的影響33-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 4 集熱模塊夏季降溫實(shí)驗(yàn)研究36-46
• 4.1 集熱模塊夏季過熱問題預(yù)測(cè)36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法36-38
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析38-44
• 4.3.1 夜間輻射對(duì)集熱板溫度的影響38
• 4.3.2 遮陽(yáng)降溫方式38-39
• 4.3.3 機(jī)械排風(fēng)降溫方式39-42
• 4.3.4 不同降溫方式對(duì)室內(nèi)冷負(fù)荷的影響42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-46
• 5 開孔平板型集熱模塊熱性能的理論計(jì)算與分析46-58
• 5.1 模型描述及假設(shè)條件46-47
• 5.2 傳熱計(jì)算模型的建立與傳熱系數(shù)的確定47-50
• 5.2.1 太陽(yáng)能集熱模塊熱平衡方程47-48
• 5.2.2 換熱系數(shù)的確定48-50
• 5.3 模型的求解與驗(yàn)證50-53
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證50-52
• 5.3.2 誤差分析52-53
• 5.4 集熱模塊熱性能分析53-55
• 5.4.1 長(zhǎng)寬比對(duì)對(duì)流換熱系數(shù)的影響53-54
• 5.4.2 外、內(nèi)側(cè)空氣間層厚度比對(duì)對(duì)流換熱系數(shù)的影響54-55
• 5.5 本章小結(jié)55-58
• 6 新型集熱模塊的設(shè)計(jì)58-67
• 6.1 集熱模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案58-64
• 6.1.1 結(jié)構(gòu)及參數(shù)的優(yōu)化58-60
• 6.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案60-63
• 6.1.3 新型集熱模塊冬季采暖效果預(yù)測(cè)63-64
• 6.2 新型集熱模塊與建筑集成的技術(shù)方案64-66
• 6.3 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

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