光伏光热-热电热回收新风系统的性能模拟与优化研究

发布时间：2020-06-22 16:46

【摘要】：能源危机的日益加剧和建筑能耗的不断增长,使建筑节能成为各国政府共同关注的问题。新风系统有利于改善室内空气品质,但其能耗占建筑空调系统能耗的20%-40%。因此,研究和开发新型的建筑新风设备,综合利用太阳能和余热回收技术来减少建筑新风能耗,对建筑节能具有重要意义。光伏光热-热电热回收新风(PVT-TEV)系统利用光伏发电驱动热电热回收(TEV)系统,在利用太阳能发电的同时预热新风,并主动回收室内排风余热处理新风。本文对PVT-TEV系统进行了详细的研究,建立并验证了 PVT-TEV系统的数学模型,优化了系统工作参数,并对系统在不同气候分区下的性能进行了模拟研究。主要研究内容和结果如下:首先,建立了 PVT系统的发电模型并得到了光伏电池的I-U特性曲线。基于控制体积模型与区域模型,建立了 PVT系统的动态传热模型,并利用有限差分法求解计算。对TEV系统进行传热分析并建模。最后将三者耦合,建立了 PVT-TEV系统的数值模型。其次,利用实验数据验证PVT-TEV系统数值模型的准确性。在长沙搭建了PVT-TEV系统的实验测试平台,测试了冬季工况下系统的发电与传热性能。结果显示模拟值与实验值吻合良好,PVT-TEV系统的数值模型具有较高的精度。再次,利用建立的数值模型对系统参数进行敏感性分析。模拟了 PVT-TEV系统在不同新风体积流量、工作电流与室内温度情况下的性能变化。结果表明增大新风的体积流量可以提高PVT-TEV系统的热性能与发电性能。TEV系统的得热量与新风送风温度随工作电流的上升而增大,总制热系数随着工作电流的增大而减小。室内温度越高,系统的总得热量与总制热系数越大。最后,利用所建立的数值模型分析了 PVT-TEV系统在中国不同气候分区下的节能潜力。结果表明,拉萨地区的平均太阳能利用效率最高,其次是沈阳和北京。由于环境温度高且日照匮乏,长沙的太阳能利用效率最低。此外,本文还分析了工作电流对不同气候区域的PVT-TEV系统的性能影响,为系统在不同地区应用时的电流选用提供参考。综合利用太阳能和建筑排风余热处理新风,PVT-TEV系统可以获得较高的太阳能利用效率和系统制热系数。本研究为PVT-TEV系统的结构优化设计和在不同气候分区下的系统选用提供参考。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83;TU18
【图文】：

余热回收,热电

逑通过控制输入热电芯片电流大小，可以实现对余热回收的主动控制。Ｋｉｍ等［６］对逡逑热电热泵系统在建筑中回收利用余热进行了研究。如图１．１所示，主要涉及热电逡逑热泵回收排风余热装置、热电热泵与空气热交换器耦合装置以及热电热泵与土壤逡逑新风热交换器耦合装置的优化分析。结果表明，与土壤换热装置耦合的热电热泵逡逑的制热系数最大可达１．６，优化热电芯片数量后，与空气换热装置耦合的热电热逡逑泵的制热系数最大可提高４％，并且与额定工况相比，优化后的芯片数量可减少逡逑３９％。李涛［７］提出了一种具有热回收功能的热电新风机，该新风机有机结合了板逡逑翅式换热器与热电热回收设备的特点，新风和排风先经过板式换热器进行热交换逡逑后，再经过热电热回收设备，从而实现对排风余热的全面回收，该系统的总制冷逡逑系数与制热系数均在２．５以上。逡逑％邋／邋ｔｆ邋ｆ逡逑ｕ逦Ｐａｔｅｃ－Ａ＾邋ＴＨＰ逦ａ逡逑Ｉｊ逦ｒｆ逡逑ｎＭ逡逑ａ）热电热泵单独运行或与土壤换热器耦合逦ｂ）热电热泵与空气热交换器耦合逡逑图１．１建筑余热回收热电热泵系统［６］逡逑在不同类型的建筑能耗中，约５０％的建筑能耗由外围护结构造成，因此优化逡逑围护结构设计对建筑节能具有重大意义。目前

热电,光伏,传统空调,光伏发电

Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ邋Ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑图１．２光伏热电一体化墙体１９］逦图１．３光伏热电窗式结构１ＩＱ］逡逑与传统空调相比，太阳能热电空调无制冷剂、无污染，可实现光伏发电即发逡逑即用，有效提高光伏电池的发电效率，在清洁能源的应用方面具有广阔前景。Ｈｅ逡逑等［１１］对一种由太阳能驱动的热电制冷／制热系统进行了研究，光伏电池板所产生的逡逑直流电直接驱动热电芯片工作，夏季利用热端芯片冷端的冷量降低室内空气温度，逡逑同时热端的热量用于加热生活用水；冬季改变热电芯片电流的方向，交换热电芯逡逑片的冷热端，可以加热室内空气，升高房间温度，进而提高房间的舒适性。研究逡逑表明，夏季热电装置的ＣＯＰ大于０．４５，系统的热效率为１２．０６％。此外，Ｌｉｕ等［１２］逡逑设计并研究了一种新型的供热水型太阳能热电空调（ＳＨＡＣＨＷＳ）。该系统可以逡逑根据建筑用户的需求在不同模式下运行。该研究表明

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