太阳能光热利用与坡屋顶结构一体化研究

【摘要】：根据太阳能光热技术应用过程中长期存在的主要问题,以及为适应建筑节能改造中“平改坡”的技术趋势,在研究太阳能光热技术和坡屋顶特性的基础上,提出了一套太阳能光热利用与坡屋顶结构一体化的技术设计方案。该设计方案主要包括集热器与坡屋顶的一体化和主被动集热一体化技术。现阶段国内外对于坡屋顶与集热器的一体化以及主动集热、被动集热、辅助集热的优化组合技术的研究相对较少。因此,推广该技术在中低层坡屋顶住宅的新建建筑或者“平改坡”建筑中的应用,进行这方面研究的重要性与紧迫性就不言而喻了。首先,介绍了太阳能光热利用技术的发展、既有建筑屋顶的节能改造以及太阳能光热技术与建筑一体化的应用背景。并对太阳能光热利用技术的研究进展进行了综述。结合国内外研究现状分析提出研究内容为：太阳能集热器与坡屋顶建筑外形,结构,功能一体化；主动集热、被动集热及辅热系统与坡屋顶一体化。然后,进行了冬至日工况条件下的太阳能辐射量采集实验与太阳能集热系统实验。实验表明太阳能光热利用冬至日工况下存在太阳辐射量少,供热稳定性差,不能保质保量地提供生活所需热水；并利用Transys软件进行太阳能集热系统(无辅热)全年的模拟,得到模拟结果,分析表明提高集热器集热效率与辅助热源工作效率是改进太阳能集热系统的有限措施。其后,进行了太阳能集热系统的优化研究,利用光学理论分析集热器透明盖板,绘制平板、弧形,透镜三种形状透明盖板的折射光路图,提出增强集热器集光与集热效率的方法：采用弧形透镜透明盖板；利用Equest能耗模拟软件对空气源热泵进行不同的温度工况下的模拟,分析COP与温度工况的关系,得出空气源热泵提高工作效率降低能耗的方法：提高空气源热泵工作环境温度。最后,根据理论与模拟分析,设计一种坡屋顶建筑太阳能一体化集热模块装置与一种主被动一体化的坡屋顶太阳能集热系统。并利用光学理论与Equest软件分析该设计方案的合理性及其具有的节能优势。本研究的特色在于提出了集热模块装置设计方案,采用了透镜集热技术,集光效果好,集热效率高；采用了仿真瓦技术,与坡屋顶建筑在结构、外观上、功能上更好地一体化；采用模块化技术,根据不同热水负荷需求自由设计组装。集热系统设计方案将集热模块装置、被动式太阳房坡屋顶、空气源热泵进行了技术融合。该方案最大限度地利用了太阳能热辐射,包括主动集热与被动集热,具有更好的集热效果与节能效果,冬季更加明显；最大限度地将太阳能集热系统与坡屋顶结构一体化。本研究的成果可以为太阳能企业进行集热器产品设计及中低层坡屋顶住宅建筑的新建与“平改坡”建筑提供技术参考。 【关键词】：坡屋顶 太阳能光热利用 主被动一体化 集热模块 光路分析
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU18

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