新型PV-Trombe墻系統(tǒng)的理論與實驗研究.pdf

1、太陽能光伏光熱建筑一體化技術(shù)在建筑圍護結(jié)構(gòu)外表面鋪設光伏模塊或直接取代外圍護結(jié)構(gòu)，并在模塊背面采取水冷或風冷模式，且對流體帶走的熱量加以有效利用，同時產(chǎn)生電、熱兩種能量收益，提高了系統(tǒng)的太陽能綜合利用效率。隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和建筑面積的不斷增加，在能源日益緊張的今天，在建筑中大力推廣應用太陽能光伏光熱建筑一體化技術(shù)將是規(guī)模化發(fā)展可再生能源、降低建筑能耗中常規(guī)能源比例的重要途徑。 針對Trombe墻的功能單一和美觀性差的缺點

2、，結(jié)合在光伏電池模塊的背面鋪設流道、通過流體帶走熱量的思想，我們提出了一種新的太陽能光伏光熱建筑一體化方案：在Trombe墻的玻璃蓋板的背面貼上光伏電池就構(gòu)成了新型的帶有光伏電池的Trombe墻，即PV-Trombe墻。它解決了傳統(tǒng)Trombe墻功能單一的缺陷，在發(fā)電的同時，冬季可以向室內(nèi)供暖，夏季可以降低室內(nèi)冷負荷；不僅如此，它還改善了建筑外表面的視覺舒適性，使建筑外觀更有魅力。 本文采用電池層壓工藝，將光伏電池與玻璃蓋板整體

3、層壓成型，設計并制作了PV-Trombe墻的光伏玻璃板，進而利用可對比熱箱，設計并搭建了PV-Trombe墻系統(tǒng)實驗平臺，對冬季運行的PV-Trombe墻系統(tǒng)在有無窗戶，有無蓄熱，有無風機，風口是否按時開關(guān)這8種工況下的光電光熱性能進行對比實驗測試，采集了各種工況下的發(fā)電、溫度場數(shù)據(jù)。 本文創(chuàng)新性地將PV-Trombe墻和室內(nèi)房間耦合起來作為封閉的PV-Trombe墻系統(tǒng)來處理，建立了PV-Trombe墻系統(tǒng)各部分的非穩(wěn)態(tài)傳熱和

4、流動模型、系統(tǒng)發(fā)電模型，并應用理論模型對系統(tǒng)在不同季節(jié)運行時各部分的溫度場，光伏電池電性能和室內(nèi)得熱等進行了數(shù)值模擬計算。在此基礎上，討論了PV-Trombe墻寬度和上下風口大小對系統(tǒng)性能的影響，并提出了集熱墻外表面絕熱和設置卷簾兩種改進措施，進而分析了改進后的PV-Trombe墻系統(tǒng)在冬季和夏季運行時的性能。針對無窗戶無蓄熱有無直流風機風口按時開關(guān)工況和有窗戶有蓄熱無直流風機風口按時開關(guān)工況，對PV-Trombe墻系統(tǒng)模型進行了改進和

5、拓展，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比，驗證了改進和拓展后的模型的合理性，并進一步研究了直流風機和窗戶對PV-Trombe墻系統(tǒng)性能的影響。針對西藏地區(qū)典型居住建筑安裝PV-Trombe墻的情況，進一步拓展了系統(tǒng)模型，從理論上研究了PV-Trombe墻寬度以及圍護結(jié)構(gòu)外表面絕熱對PV-Trombe墻系統(tǒng)性能的影響。然后，根據(jù)采暖標準選取了合適的PV-Trombe墻寬度，并對系統(tǒng)性能進行了詳細分析。 理論和實驗結(jié)果表明，PV-Tromb

6、e墻系統(tǒng)可以在冬季顯著提高室內(nèi)溫度：有PV-Trombe墻室內(nèi)溫度和環(huán)境溫度溫差最大值一般可達20℃以上，光電池電效率，為10～11％左右。PV-Trombe墻系統(tǒng)在冬季運行時，對集熱墻或整個圍護結(jié)構(gòu)外表面絕熱均有利于進一步提高室內(nèi)溫度，但同時會導致光電池電效率有少許降低，此外，安裝太陽能微型直流風機對系統(tǒng)熱性能和電性能均有積極作用，放置蓄熱磚塊增強蓄熱，按時開關(guān)風口均有利于進一步改善室內(nèi)熱環(huán)境。PV-Trombe墻系統(tǒng)在夏季運行時，必

7、須采用集熱墻外表面絕熱或設置卷簾，才能降低室內(nèi)溫度，且降低幅度較小。夏季光伏電池的工作溫度基本上在30～50℃之間，充分說明了夏季運行的PV-Trombe墻可以很好地冷卻光伏電池。在夏季集熱墻外表面絕熱仍不利于冷卻光電池，而設置卷簾可以少許提高電效率。對PV-Trombe墻的參數(shù)研究表明，隨著PV-Trombe墻寬度增大，PV-Trombe墻房間室內(nèi)溫度幾乎線性增大，應根據(jù)設計要求選取合適的寬度；隨著上下風口面積增大，PV-Trombe