SST外墙全季节工况下热特性研究

发布时间：2020-04-16 02:16

【摘要】：供暖、通风、空调总能耗在建筑能耗中一直占主导地位,针对如何减少一次能源消耗,实现太阳能和建筑一体化设计越来越受到人们关注。本文介绍了一种嵌入新型集热元件——选择性太阳光隧道的太阳能集热墙体(SST外墙)。该集热元件具有特殊的几何结构设计,将其应用到建筑外墙上可以实现对太阳光线选择性吸收,降低建筑能耗。为了研究SST外墙在全季节工况下传热特性,本文在实验研究中搭建了设置SST外墙的太阳房和用来对比的普通房,通过连续记录不同季节工况下室内温湿度和外墙温度分布,对比分析开设通风口后的太阳房与普通房在白天和夜间工况室内热环境及热舒适性。发现:过渡季工况南墙夹层通风口若白天打开晚上关闭,太阳房室内湿度主要分布在45%~75%,夏季到秋季过渡期间太阳房温度要略高于普通房,冬季到春季过渡期间太阳房温度略低,整体上符合民用建筑通风设计标准。为了进一步研究SST外墙热特性及节能性,将实验监测冬季和夏季典型日所得的数据作为边界条件,运用ANSYS CFX软件分别建立SST太阳房夏季隔热和冬季集热的数值模型,在进行模型可靠性验证之后,分别对夏季太阳墙的隔热效果和冬季两种通风方式的节能效率进行数值模拟,根据模拟结果分析计算得出:1)夏季白天工况SST外墙开设四个通风口后,不同时刻太阳房南墙表面的热流密度都低于普通房,尤其是正午太阳辐射强度最大时刻,SST外墙的节能效率达到35.15%,整个白天工况逐时平均节能效率为24.39%,夜间工况下SST外墙表现出保冷效果,充分体现了夏季工况下在SST外墙开设通风口后太阳房的节能性;2)冬季白天工况SST外墙的集热效率与太阳辐射强度呈正相关,加入强制对流后SST外墙集热效率从15%增大到35%;3)冬季白天工况,当太阳辐射强度为350 W/m~2时,SST外墙在自然通风方式下的节能效率为19.84%,而加入强制对流比例后,当风机功率为0.8W时SST外墙的节能效率达到最大值50%;4)经过计算得出,对于总集热面积为6.9m~2,SST的嵌入密度为18%的SST外墙在全季节工况下,在寒冷地区(以徐州市为例),全年节省电量为342.45kW·h。本文对全季节工况下SST外墙太阳房进行了实验分析和数值模拟分析,发现太阳房在过渡季可以改变南墙通风口的开闭情况提高室内舒适性,在夏季和冬季典型工况下太阳房都具有明显的节能性,对于冬季白天工况还可以采用强制通风和自然通风相结合的方式提高太阳墙的集热效率,这为SST外墙的工程应用提供了重要参考依据。
【图文】：

体模型,被动式太阳房

工程硕士专业学位论文式太阳房室内温度稳定，日波动值较小，不仅可以满足热舒适性还可以满足供暖制冷需求。但是建设主动式太阳房需要设置很多设备使得整个复杂化，导致初始投资和维护费用都远高于被动式太阳房。在我国建筑受到经济水平的制约，主动式太阳房供暖系统的发展较缓慢[11]。被动式太阳房是通过吸收、疏导直接利用太阳辐射能完成室内供暖目的不消耗电能等常规能源的基础上满足大部分用户采暖需求。通过设计合式结构还能实现降低制冷负荷。相对空调而言，，被动式降温具有设计简投资少、无污染无耗能等明显优势。但是维护问题和夏季过热等缺陷一被动式太阳房的推广[12-13]。为了更好地实现太阳能与建筑一体化，文献[52]中提出了一种新型节能选择性太阳光隧道（SelectiveSolarTunnel，简称 SST 聚光体）。SST 聚四个部分组成，如图 1-1 所示。

技术路线图,太阳房,外墙,季节工

图 1-2 技术路线图Figure1-2 Technology roadmap本章小结（Summary）章首先介绍了课题的背景与意义，然后介绍了设置嵌入 SST 聚光体的太阳房，通过选择性吸收太阳光线来实现太阳能与建筑一体化，建筑能耗的目的。最后提出目前关于 SST 外墙存在的问题和本文研究路线，结合实验与数值模拟方法分析在全季节工况下，SST 外性，并对夏季 SST 外墙在开孔后热特性和冬季工况两种通风方式进行了数值模拟，为 SST 太阳房的在实际工程应用中提供参考。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK513.1;TU111

【参考文献】