墙体型太阳能集散热辐射板的研究

【摘要】： 随着建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大,将太阳能等可再生能源与建筑物相结合,对于缓解常规能源短缺,改善建筑环境具有重要意义。本文旨在综合利用太阳能源、空气源和太空低温冷源,结合太阳能热水集热技术和低温太空辐射制冷技术,研发一种新型墙体一体化太阳能集散热辐射板。太阳能集散热辐射板可以作为建筑立面或屋顶或者建筑构件使用,实现太阳能利用技术装置与建筑外围护结构的完美结合。 建立了太阳能集散热辐射板性能测试实验平台,测定了太阳能集散热辐射板的时间常数,为以后对实验数据拆分重组和系统性能进行分析奠定了基础。实验测定了具有通风流道和没有通风流道的太阳能集散热辐射板系统的集热和制冷性能,结果表明没有通风流道的太阳能集散热辐射板系统具有较好的集热性能,而具有通风流道的太阳能集散热辐射板系统则具有较好的制冷性能;实验测定了辐射板外表面涂层对系统性能的影响,在涂料发射率基本相同的条件下,吸收率高而反射率低的涂料有较好的集热性能;实验系统测试了典型晴天和多云天气条件下太阳能集散热辐射板系统的性能。 建立了带通风流道的太阳能集散热辐射板的二维非稳态数学模型,主要包括太阳能集散热辐射板的二维非稳态数学模型和集散热管内流体的一维非稳态数学模型。模型可以详细分析太阳能集散热辐射板传热过程中的能量传递过程,得到太阳能集散热辐射板的板面温度和流体出口温度,进而得到太阳能集散热辐射板系统的集热和制冷性能。利用数学模型对太阳能集散热辐射板的热结构和光学结构进行了设计优化,并且对太阳能集散热辐射板的流体流量以及安装的朝向和倾斜角度对其性能的影响进行了模拟计算,得到不同形式的太阳能集散热辐射板系统在不同应用场合中的最优结构。 【关键词】：太阳能集热 辐射制冷 建筑一体化 集热制冷性能 数学模型
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU831
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 前言9-11
• 第二章 文献综述11-26
• 2.1 太阳能集热技术与建筑一体化11-18
• 2.1.1 太阳能集热器与建筑一体化11-16
• 2.1.2 太阳能空气集热器与建筑一体化16-18
• 2.2 低温太空辐射制冷技术18-22
• 2.2.1 低温太空辐射制冷技术研究进展19-20
• 2.2.2 选择性光谱辐射材料研究进展20-21
• 2.2.3 低温太空辐射制冷技术应用研究21-22
• 2.3 集热制冷技术与建筑一体化22-25
• 2.3.1 集热制冷技术与建筑一体化研究现状22-24
• 2.3.2 存在问题24-25
• 2.4 论文工作的提出25-26
• 第三章 墙体型太阳能集散热辐射板的实验研究26-45
• 3.1 系统介绍26-28
• 3.1.1 太阳能集散热辐射板结构26-27
• 3.1.2 太阳能集散热辐射板实验系统27-28
• 3.1.3 测量装置28
• 3.2 实验数据处理方法28-34
• 3.2.1 太阳能集散热辐射板时间常数29-33
• 3.2.2 集热性能33
• 3.2.3 制冷性能33-34
• 3.3 太阳能集散热辐射板性能34-42
• 3.3.1 流体流量对太阳能集散热辐射板性能影响34-36
• 3.3.2 天气状况对太阳能集散热辐射板性能影响36-39
• 3.3.3 涂料性质对太阳能集散热辐射板性能影响39-40
• 3.3.4 通风流道对太阳能集散热辐射板性能影响40-42
• 3.4 太阳能集散热辐射板的瞬时集热和制冷效率42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 墙体型太阳能集散热辐射板传热模型45-68
• 4.1 系统传热网络45
• 4.2 模型假设45-46
• 4.3 模型基本方程式46-52
• 4.3.1 太阳能集散热辐射板能量平衡方程47-52
• 4.3.2 集散热管内流体能量平衡方程52
• 4.4 模型的有限差分分析52-56
• 4.4.1 有限差分方法简介53
• 4.4.2 模型的离散化方程53-55
• 4.4.3 稳定性判断55-56
• 4.5 模型的求解56-63
• 4.5.1 集热循环59-61
• 4.5.2 制冷循环61-63
• 4.6 模型的验证63-67
• 4.6.1 无通风流道的太阳能集散热辐射板63-65
• 4.6.2 有通风流道的太阳能集散热辐射板65-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第五章 墙体型太阳能集散热辐射板结构优化68-97
• 5.1 太阳能集散热辐射板的热结构设计70-85
• 5.1.1 集散热管管间距优化设计71-74
• 5.1.2 集散热管管径优化设计74-77
• 5.1.3 保温板类型和厚度优化设计77-80
• 5.1.4 通风流道类型和宽度优化设计80-85
• 5.2 太阳能集散热辐射板的光学结构设计85-88
• 5.2.1 集热性能86-87
• 5.2.2 制冷性能87-88
• 5.3 影响太阳能集散热辐射板性能的其他外部因素88-95
• 5.3.1 流体流量对太阳能集散热辐射板性能影响88-91
• 5.3.2 太阳能集散热辐射板的朝向对性能影响91-93
• 5.3.3 太阳能集散热辐射板倾斜角度对性能影响93-95
• 5.4 本章小结95-97
• 第六章 结论与展望97-100
• 6.1 结论97-98
• 6.2 本文创新点98
• 6.3 展望98-100
• 参考文献100-109
• 发表论文和科研情况说明109-110
• 发表论文情况109
• 专利109-110
• 主要符号说明符号说明按字母顺序排列110-113
• 致谢113

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