淺談太陽能利用技術畢業(yè)論文

1、 學生畢業(yè)設計（論文）題 目 淺談太陽能利用技術 學 院 光伏工程學院 專業(yè) 光伏材料加工與應用技術 班 級 姓 名 學 號 指導教師 完成日期 2010年10月 5日 淺談太陽能的利用技術摘要： 本文介紹了我國目前太陽能建筑的現實狀況，分析了其中的節(jié)能潛力，并介紹了太陽能建筑節(jié)能的相關內容和實現技術，探討太陽能建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展道路。1、各種參數對空溫的影響2、節(jié)能住宅設計原則1.11.23、幾個推薦的節(jié)能住宅方案2.12.22.34、節(jié)能住宅方案設計原則3.13.23.35太陽能半導體制冷的工作原理和基本結構6結論7致謝8 參考文獻1. 關鍵詞： 太陽能 建筑 熱量，制冷技術隨著改革開放

2、和經濟發(fā)展，我國太陽能建筑的面積日趨增大，建筑節(jié)能是近年來世界建筑發(fā)展的一個基本趨向，也是當代建筑科學技術的一個新的生長點。抓住機遇，不失時機地推進建筑節(jié)能，有利于國民經濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境，實現國家發(fā)展的第二步和第三步戰(zhàn)略目標，并引導我國建筑業(yè)與建筑技術隨同世界大潮流迅速前進，太陽能建筑的節(jié)能具有很好的前景，大有可為。 我國地域寬廣，房屋建筑規(guī)模巨大，約有一半建筑位于北方“三北”地區(qū)，由于氣候原因，每年約有4 6個月的采暖期，該地區(qū)規(guī)定設置集中采暖系統(tǒng)，以往習慣稱之為集中采暖地區(qū)。中部地區(qū)（冬冷夏熱地區(qū)），即長江流域地區(qū)，雖然冬季平均氣溫高于0，但相對濕度較高，冬季濕冷，而夏

3、季又酷熱。該地區(qū)屬于中國經濟發(fā)達地區(qū)，包括長江上游在內，涉及18個省、自治區(qū)、直轄市，總面積180萬k平方米，人口近4 億。年工農業(yè)總產值占全國40，人均產值及人均收入均高于全國平均水平。以往由于經濟上的原因，該地區(qū)一般城鎮(zhèn)住宅圍護結構無保溫措施，也不設置采暖設施，因此冬夏季室內熱環(huán)境條件相當差。南方屬于亞熱帶氣候，夏季氣候炎熱，降溫則是主要解決的問題。 與發(fā)達國家相比，集中采暖地區(qū)城鎮(zhèn)住宅圍護結構保溫、氣密性較差，供熱系統(tǒng)效率較低，單位面積的采暖能耗要高得多。我國已成為世界上建房最多的國家，近年來每年全國建成城鎮(zhèn)住宅2 億平方米以上，隨著人民生活的不斷改善，人們對于建筑熱環(huán)境的舒適性要求愈趨

4、迫切，中部地區(qū)冬季采暖勢在必行，各地“空調熱”也日漸高漲。所以，如何盡量利用太陽能、合理建筑設計，對北方集中采暖地區(qū)可以減少采暖、空調能耗；而對于中部及南部地區(qū)，改善室內熱環(huán)境條件，達到低水平的室內舒適參數，已成為一個重要的課題。 我國從80 年代起，對城鎮(zhèn)多層住宅應用被動太陽能進行采暖及降溫技術已有研究，先后在石家莊、灘紡及杭州等處建成了試點建筑，較好的改善了室內熱環(huán)境條件。當時的技術路線是由熱工外算開始，進而建造示范建筑以驗證效果。國外從70年代初期起，投入了相當的力量進行計算機軟件的開發(fā)工作，應用動態(tài)模擬計算，進行建筑熱工參數計算分析，進而可以預測室內環(huán)境參數，獲得應用被動太陽能的最佳建

5、筑設計方案，同時也建設示范建筑以驗證軟件的可信性。這類從合理建筑及熱工設計著手，在增加有限的建設投資下，盡量利用被動太陽能來達到低水平的室內冬夏熱環(huán)境條件的住宅，這里稱為“節(jié)能住宅”。 一、各種參數對空溫的影響 為了進行參數研究，首先確定了一個基礎方案，即對條狀住宅建筑模型，取其南向主立面外窗的窗墻比為30.3，單層窗，外墻與屋面?zhèn)鳠嵯禂稻鶠?.83w （*平方米），換氣次數為1.1次h，不考慮內部蓄熱量。在進行參數分析時，固定其他參數，僅變化一個參數來分析對室溫的影響。 內部蓄熱量 蓄熱量會影響室溫，特別是對最高室溫有影響。冬季，內部蓄熱量會使月最高溫度降低，而使月最低溫度升高，至于月平均溫

6、度，則略有升高。顯然，內部蓄熱量可以改善冬季室內熱環(huán)境條件。對夏季來說，蓄熱量同樣也降低了月最高溫度及升高了月最低溫度，而月平均溫度則無多大影響。當建筑模型中一個住戶內蓄熱量相當于100平方米、200mm厚混凝土墻時，可使八月份住宅最高溫度下降3c左右，可使一月份住宅最低溫度升高2.8，這將對室內熱環(huán)境有較大的改善。 換氣次數 可以預見，增加換氣次數會使冬季室內熱環(huán)境變差，但能改善夏季室內熱環(huán)境。對夏季來說，換氣次數由1.1次h增加到10次h，可使八月份月最高溫度降低4.4、月平均溫度下降4.8，月最低溫度下降7.8c.顯然，冬季換氣次數越低越好，如果園護結構、門窗密閉性好，換氣次數可以降低到

7、1.5次h，此時與1.1次h相比，室溫可提高23c. 增強夜間通風 降低夏季室溫的一個措施是增強夜間通風，計算了三種方案，一是全天以1. 1次h換氣，第二種方案全天以10次hh換氣，第三種方案則采取白天（早6一晚2l時）1.1次h換氣，夜間（晚21一晨6時）加強通風至10次h.計算結果表明，對于內部蓄熱量較大時，第三方案與第一方案相比，月最高溫度下降3.7c，月平均溫度下降5.2，而月最低溫度下降達7.7?？梢娫鰪娨归g通風對改善夏季室內熱環(huán)境是十分奏效的。 南窗面積 窗戶開啟面積既與熱損失量有關，也與通過窗戶玻璃進入室內的太陽得熱量有關。太陽輻射得熱量與窗戶朝向有密切的關系，相比之下熱損失與朝

8、向的關系就不那么密切了。這里分析南向窗戶面積對室溫的影響。計算三種不同的窗墻比，它們分別是9.3、30.3及60.5。冬季工況計算表明，窗墻比由19.3增大至60.5后，一月份最高溫度升高3.6，平均溫度升高2.7，而最低溫度提高2.5的夏季來說，月最高溫度、月平均溫度及月最低溫度分別要提高1.6、0.9及0.4。 由此可見，南向窗墻比大且具有較大內部蓄熱量時，可以改善冬季室內熱環(huán)境條件；至于夏季，南向窗戶面積增大會提高一點室溫，使室內熱環(huán)境條件略為變差點。 主立面朝向 主立面朝向不僅對冬季有影響，而且對夏季也有影響。主立面朝東及朝西時室溫相同，與主立面朝南及朝北相比，室內熱環(huán)境條件都要來得差

9、。對于冬季來說，主立面朝南為最佳。 水平遮陽板伸出長度 夏季除了采用加大通風量來降低室溫外，另一條途徑是在窗戶上方設置遮陽板，以減少太陽入射量。計算了不同伸出長度（水平方向）一月及八月份室溫情況。由計算可以得出，水平遮陽板對夏季有明顯改善室內熱環(huán)境的作用，但遺憾的是，同時也使冬季室內熱環(huán)境變差。夏季時，水平遮陽板的伸出長度由0，0.4，0.9及1.5m變化時月平均溫度可分別降低1.0，2.0及2.2，但冬季卻也相應降低了月平均溫度0.2，0.7及 2.2。 窗戶的層數 增加窗戶層數將減少熱損失，但也在一定程度上減少了太陽得熱量。采用單層宙及雙層宙作計算比較，發(fā)現雙層窗對冬季室溫略有改善（一月份

10、平均室溫增加0.9），但同樣使夏季室溫略有變差（八月份平均室溫升高0.7）。 外墻、屋面外表面顏色 外墻、屋面外表面涂成白色會有助于降低夏季室溫。進行二種方案比較計算，一種采用吸收率為o. 8的深色外表面，另一種吸收率為淺色外表面。計算結果表明，淺色表面可使夏季室內熱環(huán)境得到明顯改善，但同時也使冬季情況變差。在二方案中外墻及屋面?zhèn)鳠嵯禂稻扇?.83w平方米，八月份平均室溫可降低2，但一月份平均室溫也降低了1.3。外墻與屋面保溫越好，這種影響將越小。 外墻與屋面熱工設計 采用三種方案進行比較計算， 第一方案為外墻與屋面的傳熱系數及均為0.83w （。m）， 第二方案外墻k0.83w（。m），屋

11、面k0.28w（。m）， 第三方案外墻與屋面k值均為0.28w（。平方米）。 由計算可以看出，屋面保溫對降低夏季頂層室溫的影響尤其大，第二方案與第一方案相比，八月份月最高溫度下降7，平均溫度下降0.4，但月最低溫度上升了 6。從冬季情況看，保溫改善有利于室溫提高，第三方案與第一方案相比，一月份平均室溫升高1.1，5最低溫度升高了2.4，但月最高溫度有所下降 （5）。頂層天花板表面溫度受屋面保溫影響甚大，對于屋面有很好保溫的場合k0.28w（。m3），在年最熱日下午14時，天花板內表面溫度僅只比室溫高0.5，但k0.83w（。m）的屋面來說，要高出3.8。如果采用外墻及0.74w（。m），屋面x

12、0.63w （。m），并具有較大的內部莆熱量，應用雙層窗，加強夜間通風（晚21時至凌晨6時，換氣次數為10次h），此時最熱日下午14時室溫為37.2，天花板內表面溫度只有33.6，室內熱環(huán)境可以得到明顯的改善。 二、節(jié)能住宅設計原則 根據以上參數研究，提出如下設計原則 1. 冬季換氣次數應該盡可能低，而夏季則盡可能高。 2. 如果具有較大的內部蓄熱量，對夏季來說，較好的方案是白天（早6時至晚2l時）維持較低的換氣次數，面夜間（晚2l時至晨6時）宜加強通風增加換氣次數。 3. 內部蓄熱量對冬、夏季來說均能減少室溫的波動幅度，即降低最高溫度，升高最低溫度，但對平均溫度影響甚小，總的來說，內部首熱量

13、能改善室內熱環(huán)境。 4. 采用水平遮陽板來降低夏季室溫并不是好的措施，因為它同時較冬季室內效環(huán)境變差，除非遮陽板在冬季時可以移開。 5. 盡管外墻、屋面外表面涂以淺色可以降低夏季室溫，但同時也降低了冬季室溫，因面不推薦這種做法。 6. 采取南立面大比例的窗墻比，并設計成具有較大內部蓄熱量境，對夏季稍為不利。 7. 主立面窗戶朝南為最佳，朝東及朝西效果最差。 8. 窗戶、外墻及屋面保溫能改善冬季室內熱環(huán)境，特別是屋面保溫可以明顯地改善夏季室內熱環(huán)境。 三、幾個推薦的節(jié)能住宅方案 被動太陽能（房）節(jié)能住宅方案 參數研究優(yōu)化計算了北京地區(qū)應用被動太陽能采暖的可能性，即研究了是否可能在不設置采暖設備時

14、月平均室溫達到16。計算結果表明是可能的，其建筑設計參數 1. 南立面宙墻比60.5。 2. 具有較大內部蓄熱量，相當于戶（建筑面積73.1平方米）具有200mm厚混凝土墻體的苦熱量 3. 雙層窗。 4. 外墻與屋面的傳熱系數k0.28w（。平方米）。 5. 冬季換氣次數0.5次/h，夏季早6一晚21時換氣次數1.1次/h，晚21次/h. 四、節(jié)能住宅方案設計原則 由參數研究的結果提出如下設計原則 1. 冬季換氣次數宜低（v0.8次h），夏季換氣次數宜高（v20次h）（借助于打開宙戶利用自然穿堂風）。 2. 從防止出現結露危險性觀點來看，冬季換氣次數至少保持0.8次h.待添加的隱藏文字內容2

15、3. 增加內部蓄熱量可使室內溫度被動減弱，使夏季及冬季的最高溫度下降，使最低溫度升高，不過，內部蓄熱量對平均溫度的影響甚微?？傊?，內部蓄熱量可以使室內熱環(huán)境條件得到改善。 4. 與較小的南向窗戶相比，加大南向窗戶面積，并配以相對較高的內部蓄熱量，可以較好的改善冬季室內熱環(huán)境條件。這種做法只是稍微使夏季室內熱環(huán)境條件變差。 5. 選擇建筑南向主立面為最佳，而主立面東向或西向為最差。 6. 南向窗戶上部的水平遮陽板對改善夏季室內環(huán)境的作用不明顯，除非在冬季時可以移開。 7. 為了避免冬季臥室及起居室出現結露，在安排廚房、浴室、廁所位置時要注意與主要使用房間的隔斷，并合理利用穿堂風，最好設置機械排風

16、裝置。 太陽能建筑的節(jié)能具有很好的前景，大有可為。但是在其發(fā)展階段，資金投入是一個主要的障礙。太陽能建筑的長遠發(fā)展必須符合市場經濟的規(guī)律。簡單來說就是要作到“分擔投入、共享收益”。 所謂“分擔投入”就是要從多個渠道解決太陽能建筑節(jié)能所需要的前期投入。比如建筑業(yè)主承擔主要部分，專業(yè)化的節(jié)能改造公司承擔一部分，政府支持的低息銀行貸款一部分，這樣可以促進太陽能建筑節(jié)能工作的全面開展。五 太陽能半導體制冷的工作原理和基本結構 半導體制冷是利用熱電制冷效應的一種制冷 方式，因此又稱為熱電制冷或溫差電制冷。半導體制冷器的基本元件是熱電偶對，即把一個p 型半導體元件和一只 n型半導體元件連成的熱電偶。 當直

17、流電源接通，上面接頭的電流方向是n-p，溫度降低，并且吸熱，形成冷端；下面接頭的電流方向是p-n，溫度上升，并且放熱，形成熱端。把若干對熱電偶連接起來就構成了常用的熱電堆，借助各種傳熱器件，使熱電堆的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱，產生低溫，這就是半導體制冷的工作原理。太陽能半導體制冷系統(tǒng)就是利用半導體的熱電制冷效應，由太陽能電池直接供給所需的直流電，達到制冷制熱的效果。 太陽能半導體制冷系統(tǒng)由太陽能光電轉換器、數控匹配器、儲能設備和半導體制冷裝置4部分組成。太陽能光電轉換器輸出直流電，一部分直接供給半導體制冷裝置，另一部分進入儲能設備儲存，以供陰天或晚上使

18、用，以便系統(tǒng)可以全天候正常運行。 太陽能光電轉換器可以選擇晶體硅太陽能電池或納米晶體太陽能電池，按照制冷裝置容量選擇太陽能電池的型號。晴天時，太陽能光電轉換器把照射在它表面上的太陽輻射能轉換成電能，供整個系統(tǒng)使用。 數控匹配器使整個系統(tǒng)的能量傳輸始終處于最佳匹配狀態(tài)。同時對儲能設備的過充、過放進行控制。 儲能設備一般使用蓄電池，它把光電轉換器輸出的一部分或全部能量儲存起來，以備太陽能光電轉換器沒有輸出的時候使用，從而使太陽能半導體制冷系統(tǒng)達到全天候的運行。 2 太陽能半導體制冷的關鍵問題 太陽能制冷系統(tǒng)最大的不足是制冷效率較低，同時成本也較高。這嚴重影響了太陽能制冷系統(tǒng)的推廣和應用。若提高和改善太陽能制冷系統(tǒng)的性能，要從下列幾個關鍵問題入手 （1）改善半導體制冷材料的性能 太陽能半導體制冷系統(tǒng)的核心在于半導體制冷材料，半導體制冷系統(tǒng)效率較低的主要原因在于半導體制冷材料熱電轉換效率不高。 最終決定熱電材料性能優(yōu)劣的是優(yōu)值系數 z 其中：半導體制冷元件的塞貝克系數； r制冷元件的電阻； kt制冷元件的熱導率。 優(yōu)值系數z和溫度t的乘積zt，是評價材料 性能的常用參數。就半導體制冷而言，如果其制冷性能要達到能和機械制冷