新型的與建筑一體化太陽(yáng)能雙效集熱器系統(tǒng)

1、一種新型的與建筑一體化太陽(yáng)能雙效集熱器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究工程概況：一種新型的與建建筑一體化太太陽(yáng)能雙效集集熱器系統(tǒng)，該該系統(tǒng)有兩種種工作模式:被動(dòng)采暖工工作模式和集集熱水工作模模式。由系統(tǒng)統(tǒng)工作在被動(dòng)動(dòng)采暖工作模模式下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果可以得得到:系統(tǒng)房房間內(nèi)空氣存存在溫度分層層現(xiàn)象，測(cè)試試期間上下位位置最大溫差差為4.2，平均溫差差約為2.77;系統(tǒng)在被被動(dòng)采暖工作作模式下工作作時(shí)對(duì)房間溫溫度的提高作作用明顯，實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果果顯示，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)期間系統(tǒng)房房間平均溫度度達(dá)到24.7 ，相對(duì)環(huán)境境溫度升高平平均達(dá)到199.9。通過(guò)系統(tǒng)統(tǒng)以自然循環(huán)環(huán)方式工作在在集熱水工作作模式下的實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果果，可以得到到實(shí)驗(yàn)

2、期間在在集熱水工作作模式下系統(tǒng)統(tǒng)的熱效率為為52.8%，集熱器單單位面積太陽(yáng)陽(yáng)得熱為4.16MJ/。引言 太陽(yáng)能能在建筑中的的熱利用技術(shù)術(shù)在國(guó)內(nèi)外已已有一定發(fā)展展，其中太陽(yáng)陽(yáng)能制熱水和和太陽(yáng)能采暖暖是最為普遍遍的兩種應(yīng)用用形式。太陽(yáng)陽(yáng)能用于供暖暖的第一次大大規(guī)模研究是是1939年年在麻省理工工學(xué)院開(kāi)始的的。從1933919611年相繼建成成了四幢小型型建筑，每幢幢建筑都是部部分由太陽(yáng)能能供熱，系統(tǒng)統(tǒng)需在不使用用時(shí)放空集熱熱器以防水在在其中凍結(jié)。之之后提出多種種太陽(yáng)能建筑筑供暖系統(tǒng)，如如Trombbe墻系統(tǒng)、改改進(jìn)后的復(fù)合合Trombbe墻系統(tǒng)和和新型光伏Tinmbbe墻系統(tǒng)為解解決傳統(tǒng)Trro

3、mbe墻墻功能單一等等問(wèn)題而提出出)等。這些些系統(tǒng)的提出出，推進(jìn)了在在建筑中應(yīng)用用太陽(yáng)能供暖暖技術(shù)的發(fā)展展，但仍存在在一些問(wèn)題有有待完善。一一般來(lái)說(shuō)，在在冬季，太陽(yáng)陽(yáng)能供暖系統(tǒng)統(tǒng)可以很好地地滿足建筑采采暖需求，但但在建筑無(wú)需需供暖的時(shí)期期(特別是夏夏季)，太陽(yáng)陽(yáng)能供暖系統(tǒng)統(tǒng)會(huì)造成系統(tǒng)統(tǒng)全年使用率率低，并影響響系統(tǒng)使用的的經(jīng)濟(jì)性，且且易造成建筑筑過(guò)熱問(wèn)題。在在太陽(yáng)能制熱熱水應(yīng)用方面面，由于太陽(yáng)陽(yáng)能熱水系統(tǒng)統(tǒng)具有相對(duì)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、技術(shù)較較成熟且成本本較低的特點(diǎn)，成為太陽(yáng)陽(yáng)能熱利用技技術(shù)中發(fā)展最最快、應(yīng)用最最為普通的技技術(shù)，同時(shí)隨隨著太陽(yáng)能制制熱水應(yīng)用的的發(fā)展，傳統(tǒng)統(tǒng)熱水系統(tǒng)的的一些局限性性也逐漸顯現(xiàn)現(xiàn):

4、太陽(yáng)能熱熱水系在冬季寒冷冷地區(qū)應(yīng)用時(shí)時(shí)，水溫過(guò)低低甚至系統(tǒng)結(jié)結(jié)凍會(huì)造成系系統(tǒng)無(wú)法有效效使用;傳統(tǒng)統(tǒng)安裝方式將將系統(tǒng)安裝于于建筑屋頂，安安裝不美觀則則影響建筑美美觀甚至城市市整體形象，而而且高層建筑筑屋頂面積無(wú)無(wú)法滿足需求求等。因此為為對(duì)太陽(yáng)能制制熱水系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行改進(jìn)，提提出了太陽(yáng)能能熱水墻的概概念，該系統(tǒng)統(tǒng)的提出可以以解決傳統(tǒng)系系統(tǒng)安裝于建建筑屋頂而遇遇到的屋頂面面積不足的問(wèn)問(wèn)題，并且安安裝方式的改改進(jìn)，使系統(tǒng)統(tǒng)更美觀，但但對(duì)于熱水系系統(tǒng)在冬季使使用時(shí)所出現(xiàn)現(xiàn)的問(wèn)題未得得到根本解決決。 為解決決以上問(wèn)題，本本文提出了與與建筑一體化化太陽(yáng)能雙效效集熱器系統(tǒng)統(tǒng)，該系統(tǒng)有有兩種工作模模式:被動(dòng)采采暖工

5、作模式式和集熱水工工作模式。在在全年建筑需需供暖的時(shí)期期(如冬季)，系統(tǒng)以被被動(dòng)采暖工作作模式運(yùn)行為為室內(nèi)房間供供暖，在全年年其他時(shí)期特特別是夏季，系系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成集集熱水工作模模式以提供生生活用熱水。該該系統(tǒng)可以避避免單獨(dú)應(yīng)用用太陽(yáng)能被動(dòng)動(dòng)采暖系統(tǒng)在在夏季易造成成的建筑過(guò)熱熱而制約其推推廣應(yīng)用的問(wèn)問(wèn)題，而且還還可以有效利利用太陽(yáng)能提提供生活熱水水。 為對(duì)該該新型系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行研究，本本文以熱箱為為基礎(chǔ)，建立立了與建筑一一體化太陽(yáng)能能雙效集熱器器系統(tǒng)的測(cè)試試平臺(tái)，并針針對(duì)系統(tǒng)兩種種工作模式分分別進(jìn)行了實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分分析。1與建筑一體化化太陽(yáng)能雙效效集熱器系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置與建筑一體化太太陽(yáng)能雙效集

6、集熱器模塊是是本系統(tǒng)的核核心部件，該該模塊是在普普通平板集熱熱器的原理基基礎(chǔ)上改造而而成，其區(qū)別別于普通平板板集熱器的特特點(diǎn)是雙效集集熱器里有一一個(gè)特別加寬寬的空氣間隙隙空間，并且且集熱器背面面上下位置開(kāi)開(kāi)有兩個(gè)矩形形的開(kāi)口，如如圖1所示為了對(duì)與建筑一一體化太陽(yáng)能能雙效集熱器器系統(tǒng)進(jìn)行研研究，本文在在熱箱基礎(chǔ)上上搭建了該新新型系統(tǒng)的實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)臺(tái)。如圖2、圖圖3所示，該該平臺(tái)包括熱熱箱房間、與與建筑一體化化太陽(yáng)能雙效效集熱器模塊塊、上下風(fēng)口口、蓄熱水箱箱、閥門(mén)和管管路等。熱箱箱房間除南墻墻與外環(huán)境接接觸外，其他他5面墻體處處在一大房間間內(nèi)而與外環(huán)環(huán)境隔離。墻墻體為輕質(zhì)保保溫墻體。房房間尺寸南

7、北北寬2.900m、東西長(zhǎng)長(zhǎng)2.97mm、高2.600m。模塊結(jié)結(jié)構(gòu)尺寸為高高1.9455m x寬0.9945m，空空氣層厚度為為0.16mm。為增強(qiáng)模模塊的集熱性性能，模塊的的銅鋁復(fù)合吸吸熱板表面覆覆蓋有選擇性性吸收涂層(涂層吸收率率0.95，發(fā)發(fā)射率0.115)。 系統(tǒng)的的工作原理是是:在被動(dòng)采采暖工作模式式下，閥門(mén)關(guān)關(guān)閉，系統(tǒng)的的上下風(fēng)口開(kāi)開(kāi)啟，從而使使建筑房間與與集熱器相通通，集熱器特特別設(shè)計(jì)的加加寬的空氣間間隙層成為通通風(fēng)流道，流流道內(nèi)空氣在在集熱器加熱熱而造成的熱熱虹吸作用下下自下而上流流動(dòng)，從而向向建筑室內(nèi)供供暖;在集熱熱水工作模式式下，系統(tǒng)上上下風(fēng)口關(guān)閉閉，閥門(mén)開(kāi)啟啟，蓄熱水箱

8、箱中的水通過(guò)過(guò)管路與集熱熱器的水管相相通，系統(tǒng)以以自然循環(huán)工工作方式使用用而提供生活活用熱水。 實(shí)驗(yàn)測(cè)測(cè)量系統(tǒng)在系系統(tǒng)主要位置置布置有銅一一康銅熱電偶偶以測(cè)量相關(guān)關(guān)位置溫度，主主要位置包括括上風(fēng)口中央央位置、熱箱箱房間的上中中下3個(gè)高度度位置、蓄熱熱水箱中的上上中下3個(gè)位位置。測(cè)量系系統(tǒng)還包括測(cè)測(cè)量環(huán)境溫度度，并通過(guò)IBQ-22總輻射儀測(cè)測(cè)量南向豎直直面的總輻照照強(qiáng)度。所有有溫度數(shù)據(jù)和和輻照數(shù)據(jù)通通過(guò)Agilleng344970A數(shù)數(shù)據(jù)采集儀實(shí)實(shí)時(shí)采集。另另外，對(duì)于集集熱水工作模模式下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)束時(shí)稱量量實(shí)驗(yàn)水量。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分分析2.1被動(dòng)采暖暖工作模式 為進(jìn)行行與建筑一體體化太

9、陽(yáng)能雙雙效集熱器在在被動(dòng)采暖工工作模式下的的性能研究，在在2008年年1月2日進(jìn)進(jìn)行了8h的的連續(xù)測(cè)量，測(cè)測(cè)量時(shí)間段99:00一117:00。圖4給出了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)期間房間空空氣溫度隨時(shí)時(shí)間的變化曲曲線。房間空空氣溫度的測(cè)測(cè)試結(jié)果顯示示:實(shí)驗(yàn)期間間房間空氣上上中下3個(gè)位位置的溫度存存在明顯差異異，表現(xiàn)為上上部空氣溫度度最高而下部部空氣溫度最最低，說(shuō)明系系統(tǒng)房間空氣氣存在明顯的的溫度分層現(xiàn)現(xiàn)象;對(duì)比上上中下3個(gè)位位置的房間空空氣溫度變化化曲線，可以以發(fā)現(xiàn)這3個(gè)個(gè)位置的空氣氣溫度具有一一致的變化趨趨勢(shì)，都是先先逐漸升高后后逐漸降低，并并且各個(gè)位置置的溫度最高高點(diǎn)都出現(xiàn)在在約14:116，因此，可可以將在

10、某時(shí)時(shí)刻的這3個(gè)個(gè)位置的空氣氣溫度的平均均值用來(lái)代表表該時(shí)刻的整整體房間空氣氣溫度，即圖圖4的整體房房間空氣溫度度變化曲線;以上中下33個(gè)位置的空空氣溫度的平平均值來(lái)代表表房間整體空空氣溫度，可可以得到測(cè)試試期間房間空空氣平均溫度度為24.77。 圖5給出了整體體房間空氣溫溫度和環(huán)境溫溫度的對(duì)比變變化曲線以及及房間空氣相相對(duì)環(huán)境的溫溫升變化曲線線。由環(huán)境溫溫度變化曲線線可知，由于于是在冬季，外外環(huán)境溫度很很低，其范圍圍在1.4一一6.7內(nèi)，其平均均值約為4.8。由房間空空氣相對(duì)環(huán)境境的溫升變化化曲線，可以以得到房間空空氣相對(duì)環(huán)境境的溫升范圍圍為4.5一一26.8 ,期間平平均溫升達(dá)到到19.9

11、。結(jié)果表明明，在工作于于被動(dòng)采暖工工作模式下的的與建筑一體體化太陽(yáng)能雙雙效集熱器系系統(tǒng)的作用下下，房間空氣氣溫度得到很很大提升。圖6為房間空氣氣上部測(cè)點(diǎn)和和下部測(cè)點(diǎn)的的溫差與太陽(yáng)陽(yáng)輻照強(qiáng)度隨隨時(shí)間變化的的對(duì)比曲線。由由圖可知，期期間房間上部部測(cè)點(diǎn)與下部部測(cè)點(diǎn)的最大大溫差約為44.2，平均溫差差約為2.77。此外，對(duì)對(duì)比溫差曲線線和太陽(yáng)輻照照強(qiáng)度變化曲曲線，可以發(fā)發(fā)現(xiàn)溫差曲線線的變化趨勢(shì)勢(shì)與太陽(yáng)輻照照強(qiáng)度曲線的的變化趨勢(shì)具具有很強(qiáng)的一一致性。 圖7給給出了上風(fēng)口口空氣溫度與與房間空氣平平均溫度的對(duì)對(duì)比曲線。由由圖可知，上上風(fēng)口空氣溫溫度最高達(dá)到到54.8。上風(fēng)口空空氣溫度的變變化趨勢(shì)同樣樣出現(xiàn)了

12、先升升后降的現(xiàn)象象，但可以看看出，房間空空氣平均溫度度變化與其相相比存在一定定滯后。在測(cè)測(cè)量期間，上上風(fēng)口空氣溫溫度均高于房房間空氣溫度度，因?yàn)樯巷L(fēng)風(fēng)口空氣升溫溫可認(rèn)為是從從下風(fēng)口進(jìn)人人房間的空氣氣被集熱器加加熱后的結(jié)果果，這表示盡盡管如前所示示，房間空氣氣溫度在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)期間出現(xiàn)先先升后降的現(xiàn)現(xiàn)象，但并不不表明從開(kāi)始始降低的時(shí)間間起，集熱器器對(duì)房間供熱熱作用失去，相相反這段期間間集熱器仍在在為房間進(jìn)行行供暖。測(cè)量量終止時(shí)，兩兩者溫度已接近，這這說(shuō)明上下風(fēng)風(fēng)口應(yīng)從此時(shí)時(shí)開(kāi)始關(guān)閉。2.2集熱水工工作模式為進(jìn)行與建筑一一體化太陽(yáng)能能雙效集熱器器系統(tǒng)在集熱熱水工作模式式下的性能研研究，在20008年4月

13、月25日進(jìn)行行了8h的連連續(xù)測(cè)量，測(cè)測(cè)量時(shí)間段與與被動(dòng)采暖工工作模式不同同，為8:000- 166:00。圖圖8給出了測(cè)測(cè)量期間的 環(huán)境溫度度和輻照強(qiáng)度度的變化曲線線。平均環(huán)境境溫度為255.2，平均輻照照強(qiáng)度為2773.3W/耐。測(cè)量結(jié)結(jié)束時(shí)，水量量稱重為988.3kg。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，系統(tǒng)以自然循環(huán)方式運(yùn)行。圖9所示為蓄熱熱水箱中水溫溫測(cè)量曲線。測(cè)測(cè)試結(jié)果顯示示，水箱中上上部和下部的的最大溫差約約為3.3，平均溫差差約為2.22。這說(shuō)明蓄蓄熱水箱中的的水也存在一一定的溫度分分層現(xiàn)象。依依據(jù)文獻(xiàn)中對(duì)對(duì)熱水系統(tǒng)的的評(píng)價(jià)方法，根根據(jù)實(shí)驗(yàn)期間間蓄熱水箱中中水的平均初初始溫度為119.8，平均終溫溫為

14、38.44，可以得到到在實(shí)驗(yàn)期間間與建筑一體體化太陽(yáng)能雙雙效集熱器系系統(tǒng)在集熱水水工作模式下下的集熱效率率為52.88%，太陽(yáng)得得熱量為7.64MJ，集集熱器單位面面積的太陽(yáng)得得熱為4.116MJ/。3結(jié)論 通過(guò)利利用熱箱實(shí)驗(yàn)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)本本文提出的新新型的與建筑筑一體化太陽(yáng)陽(yáng)能雙效集熱熱器系統(tǒng)進(jìn)行行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和和分析，得到到以下結(jié)論: 1)與與建筑一體化化太陽(yáng)能雙效效集熱器系統(tǒng)統(tǒng)具有兩種功功能:在冬季季為室內(nèi)提供供采暖和在其其他季節(jié)用于于提供生活熱熱水，避免了了兩種系統(tǒng)在在單獨(dú)應(yīng)用時(shí)時(shí)所面臨的問(wèn)問(wèn)題，同時(shí)有有效利用了太太陽(yáng)能; 2)實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果果顯示，系統(tǒng)統(tǒng)工作在被動(dòng)動(dòng)采暖工作模模式下時(shí)，系系統(tǒng)房間內(nèi)空空氣存在溫度度分層現(xiàn)象，表表現(xiàn)為房間上上部空氣溫度度高，下部空空氣溫度低，測(cè)測(cè)試期間上下下位置最大溫溫差為4.22，平均溫差差約為2.77; 3)系系統(tǒng)以被動(dòng)采采暖工作模式式運(yùn)行時(shí)，與與建筑一體化化太陽(yáng)能雙效效集熱器系統(tǒng)統(tǒng)在被動(dòng)采暖暖工作模式下下工作時(shí)對(duì)房房間溫度的提提高作用明顯顯。實(shí)驗(yàn)測(cè)試試結(jié)果顯示，在在實(shí)驗(yàn)測(cè)試期期間9:000一17:000，系統(tǒng)房房間期間平均均溫度達(dá)到224.7