生態(tài)建筑太陽(yáng)能復(fù)合能量系統(tǒng)研究.pdf

1、生態(tài)建筑強(qiáng)調(diào)利用可再生的自然能源，而少消耗煤、石油等礦物燃料。太陽(yáng)能具有清潔安全、無(wú)需開采和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，迎合了生態(tài)建筑的理念，近年來(lái)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。但是，目前關(guān)于太陽(yáng)能的研究仍然主要停留在熱水供應(yīng)系統(tǒng)，而對(duì)于集多項(xiàng)太陽(yáng)能熱利用技術(shù)為一體的復(fù)合能量系統(tǒng)鮮有報(bào)道，尤其是太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù)尚未在產(chǎn)業(yè)化突破，這主要是因?yàn)楝F(xiàn)有的制冷技術(shù)與市場(chǎng)上普遍使用的太陽(yáng)能集熱器不能很好地“接軌”。本課題在硅膠－水吸附式制冷機(jī)組成功開發(fā)的基礎(chǔ)上，以上海市建筑

2、科學(xué)研究院生態(tài)辦公樓為背景，開展對(duì)太陽(yáng)能生態(tài)建筑一體化結(jié)構(gòu)及復(fù)合能量系統(tǒng)的深入研究。主要研究?jī)?nèi)容包括： (1)在總結(jié)分析太陽(yáng)能復(fù)合能量系統(tǒng)部件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)460m2建筑面積的采暖空調(diào)，設(shè)計(jì)并搭建了基于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的復(fù)合能量系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括150m2真空管太陽(yáng)能集熱器陣列、兩臺(tái)額定制冷量為8.5kW的吸附式制冷機(jī)組、地板采暖盤管、翅片管式換熱器、2.5m3的蓄熱水箱、冷卻塔等。具有冬季地板采暖、夏季空調(diào)、過(guò)渡季節(jié)強(qiáng)化自

3、然通風(fēng)、四季供應(yīng)熱水等功能，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的高度集成。 (2)在太陽(yáng)能生態(tài)建筑一體化結(jié)構(gòu)方面，主要研究了太陽(yáng)能屋面通風(fēng)結(jié)構(gòu)的自然通風(fēng)性能，實(shí)踐了過(guò)渡季節(jié)利用太陽(yáng)能熱水強(qiáng)化熱壓的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路。此外，在生態(tài)建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)，將太陽(yáng)能集熱器陣列與建筑屋面實(shí)現(xiàn)完美的一體化結(jié)合。 (3)建立了太陽(yáng)能復(fù)合能量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合建筑熱環(huán)境模型，對(duì)復(fù)合能量系統(tǒng)的全年工作性能以及建筑室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明在設(shè)計(jì)工況下

4、，太陽(yáng)能復(fù)合能量系統(tǒng)可以滿足冬季采暖熱負(fù)荷(25kW)以及夏季空調(diào)冷負(fù)荷(15kW)。 (4)對(duì)太陽(yáng)能復(fù)合能量系統(tǒng)進(jìn)行全年工況的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，獲得了大量的具有實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。主要考察了典型氣候條件下，冬季地板采暖以及夏季吸附式空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特性。冬季典型工況下，太陽(yáng)能地板采暖房間地板溫度平均為23.71℃，空氣溫度平均為17.10℃，滿足室內(nèi)熱舒適要求。冬季地板采暖太陽(yáng)能利用分?jǐn)?shù)為56.31％。夏季典型工況下太陽(yáng)能吸附

5、式空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)8小時(shí)運(yùn)行期間內(nèi)的平均制冷量為15.31kW，制冷量最高達(dá)到20kW，相對(duì)于耗電量的制冷性能系數(shù)平均為8.19，最高可超過(guò)10。夏季吸附式空調(diào)太陽(yáng)能利用分?jǐn)?shù)為71.73％。 (5)針對(duì)太陽(yáng)能地板采暖以及吸附式空調(diào)工況，分別研究了開式以及閉式兩種循環(huán)方式下，太陽(yáng)能復(fù)合能量系統(tǒng)的運(yùn)行特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同環(huán)境條件下，閉式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與開式系統(tǒng)相似的采暖空調(diào)效果。與開式系統(tǒng)相比，閉式太陽(yáng)能地板采暖系統(tǒng)相對(duì)于耗電量的日

6、平均供熱性能系數(shù)提高1倍；閉式太陽(yáng)能吸附式空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能系數(shù)提高41.67％。結(jié)合節(jié)能性以及環(huán)保效益的分析表明，相對(duì)于單一電能復(fù)合能量系統(tǒng)，閉式系統(tǒng)的能耗節(jié)約率為40.02％，運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約率為54.00％，污染物減排率均已超過(guò)70％。因此，閉式系統(tǒng)在節(jié)能以及環(huán)保方面更具有開發(fā)和應(yīng)用前景。 (6)在上海市的氣候條件下，采用150m2真空管太陽(yáng)能集熱器，可以滿足460m2使用面積的采暖和空調(diào)，此外還可以使得熱壓作用下的自然通風(fēng)換