百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)的性能分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著生活質(zhì)量的改善，人們對(duì)室內(nèi)的舒適性要求日益提高，進(jìn)而用于室內(nèi)采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)的能耗不斷增加。在建筑中推廣可再生能源應(yīng)用技術(shù)，特別是太陽能建筑一體化技術(shù)，被認(rèn)為是一種降低建筑能耗的重要途徑。太陽能Trombe墻，作為一種典型的被動(dòng)式太陽能在建筑墻體中的利用，能夠?yàn)槭覂?nèi)提供采暖與通風(fēng)，相關(guān)研究表明太陽能Trombe墻的使用可以減少30％的建筑采暖能耗。然而，傳統(tǒng)太陽能Trombe墻的夏季過熱、冬季夜晚或者連續(xù)陰雨天熱損較大、外形不美

2、觀等問題牽制了其推廣與應(yīng)用。為此，本文提出將百葉簾與太陽能Trombe墻結(jié)合應(yīng)用，形成了百葉型太陽能Trombe墻及百葉型太陽能PV-Trombe墻兩種結(jié)構(gòu)的太陽能建筑一體化技術(shù):前者可根據(jù)太陽能Trombe墻系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的不同，通過對(duì)百葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)最大效率的采暖、通風(fēng);后者的提出是基于現(xiàn)有太陽能PV-Trombe墻存在的問題及百葉型太陽能Trombe墻的優(yōu)點(diǎn)，百葉型太陽能PV-Trombe墻在給室內(nèi)采暖或者通風(fēng)的同時(shí)可以輸出電能

3、，實(shí)現(xiàn)太陽能全年高效利用。
　　百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)內(nèi)百葉簾葉片的正反面分別涂有高吸收與高漫反射涂層分別用于百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)冬、夏季不同的工作模式。利用可對(duì)比熱箱搭建了百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于冬季自然采暖模式及夏季通風(fēng)模式分別進(jìn)行了短期的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比了有無百葉型太陽能Trombe墻的兩個(gè)房間的性能，并記錄了各個(gè)部件的溫度數(shù)據(jù)以用于后續(xù)理論模型的驗(yàn)證。分別建立了百葉型太陽能Trombe

4、墻系統(tǒng)在冬季及夏季運(yùn)行模式下的非穩(wěn)態(tài)傳熱、流動(dòng)模型以及房間的熱舒適性模型并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證所建模型的準(zhǔn)確性。冬季的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)太陽能Trombe墻系統(tǒng)，百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)在日出后開風(fēng)口的時(shí)間早1.5小時(shí)，房間的平均溫度高約5.5℃，日落后系統(tǒng)的熱損更小。PMV的計(jì)算結(jié)果得出百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)的房間在白天能夠達(dá)到基本舒適狀態(tài)(9:00-17:00)，而傳統(tǒng)太陽能Trombe墻系統(tǒng)以及無太陽能Tro

5、mbe墻系統(tǒng)的房間分別屬于偏涼與冷狀態(tài)，并得出百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)更適用于像辦公室、學(xué)校等白天需要采暖較多的建筑。此外，通過比較百葉型太陽能Trombe墻與傳統(tǒng)太陽能Trombe墻系統(tǒng)的房間的垂直溫差發(fā)現(xiàn):百葉型太陽能Trombe墻系統(tǒng)房間的垂直溫度梯度更大，其會(huì)引起約12％的不滿意百分比，故提出在太陽輻照較高時(shí)調(diào)整百葉角度使太陽光線更多投射到葉片后側(cè)的蓄熱墻體表面，或者配備風(fēng)機(jī)等改善建議。利用夏季的通風(fēng)模型，在滿足室內(nèi)新風(fēng)需

6、求的前提下討論了百葉角度、空氣流道厚度、墻體材料等參數(shù)對(duì)室內(nèi)冷負(fù)荷的影響。結(jié)果表明，相比于空氣流道與墻體厚度，百葉角度及墻體構(gòu)造材料對(duì)改善室內(nèi)冷負(fù)荷的作用更為顯著，特別值得注意的是，當(dāng)室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)定為26℃時(shí)，若百葉角度小于15 ℃時(shí)，百葉型太陽能Trombe墻的使用會(huì)增加室內(nèi)冷負(fù)荷。
　　采用電池層壓工藝，將光伏電池與經(jīng)過陽極氧化處理的鋁百葉整體層壓成型，即形成百葉型太陽能PV-Trombe墻內(nèi)的光伏百葉簾。設(shè)計(jì)并搭建了百葉型

7、太陽能PV-Trombe墻模塊以及現(xiàn)有文獻(xiàn)提出的另兩種太陽能PV-Trombe墻模塊，即內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻與外置式太陽能PV-Trombe墻。在相同的自然環(huán)境下，對(duì)三種尺寸完全相同的太陽能PV-Trombe墻模塊進(jìn)行了不同進(jìn)口空氣流速下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:在進(jìn)口空氣流速為0.45 m/s時(shí)外置式太陽能PV-Trombe墻模塊的日發(fā)電量（0.32 kWh）高于百葉型太陽能PV-Trombe墻模塊(0.23 kW

8、h)，但百葉型太陽能PV-Trombe墻的日平均熱效率(43.1％)明顯優(yōu)于外置式太陽能PV-Trombe墻(23.8％)與內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻模塊(33.4％)。從光熱、光電綜合利用角度得出百葉型太陽能Trombe墻的對(duì)太陽能的利用率高于外置式式太陽能PV-Trombe墻模塊（高約14.5％）與內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻模塊（高約14.1％）。根據(jù)上述百葉型太陽能PV-Trombe墻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)光伏百葉簾的結(jié)構(gòu)進(jìn)行

9、理論上的改進(jìn)，分別建立改進(jìn)后的百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)、外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)以及內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。以冬冷夏熱的合肥地區(qū)(32N，117 E)為例，首先從理論上分析了百葉角度對(duì)百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)性能的影響，得出了在不同季節(jié)不同時(shí)刻下的最優(yōu)百葉角度，然后采用所建數(shù)學(xué)模型，從光熱、光電兩個(gè)方面對(duì)比分析了三種太陽能PV-Trombe墻全年的運(yùn)行性能。模擬結(jié)果表明，改

10、進(jìn)后的百葉型改進(jìn)后的百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)熱收益最多，而電性能與外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)的電性能相近，均優(yōu)于內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)。將減少的冷、熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化為電能消耗的減少量后得出百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)年度節(jié)約的總電能比外置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)高約45.7％，比內(nèi)置式太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)高約45.1％。進(jìn)一步得出，單位面積百葉型太陽能PV-Trombe墻系統(tǒng)年度減