【摘 要】
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在能源短缺与环境污染形势日趋紧迫的背景下,对暖通行业而言,建筑围护结构热工性能的改善和可再生能源的利用对建筑节能意义重大。本文提出一种兼顾夏季通风隔热和冬季蓄热供热的太阳能相变屋面系统,将双层相变材料、夏季夜间通风及冬季太阳能供热结合起来,以提高建筑屋面结构冬夏季热工性能。本文着重研究该太阳能相变屋面系统在冬季的蓄热性能和节能效果。首先,以我国太阳能资源产量丰富的河北石家庄市为研究地点,使用TRN
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在能源短缺与环境污染形势日趋紧迫的背景下,对暖通行业而言,建筑围护结构热工性能的改善和可再生能源的利用对建筑节能意义重大。本文提出一种兼顾夏季通风隔热和冬季蓄热供热的太阳能相变屋面系统,将双层相变材料、夏季夜间通风及冬季太阳能供热结合起来,以提高建筑屋面结构冬夏季热工性能。本文着重研究该太阳能相变屋面系统在冬季的蓄热性能和节能效果。首先,以我国太阳能资源产量丰富的河北石家庄市为研究地点,使用TRNSYS软件搭建了太阳能空气集热系统模拟平台,对太阳能集热系统进行了设计,对不同供暖风速下的集热器出口温度进行了模拟。当空腔通风速度为0.4m/s时,最高送风温度为92.2℃;当空腔通风速度为2.4m/s时,最高送风温度为30.9℃。采用CFD数值模拟软件建立了屋面结构的三维传热模型,对太阳能相变屋面在石家庄市的最佳结构进行了优化设计。分析比较了相变材料位置、相变温度、相变材料厚度、供暖风速等不同影响因素对屋面热工性能和节能性的影响。模拟结果表明:相变材料最佳位置位于屋面结构最底层,最佳相变温度为18～20℃,最佳相变材料厚度为30mm,最佳的太阳能空腔供暖风速为0.8m/s。与普通屋面相比,太阳能相变屋面可以显著提高屋面夜间内表面温度与平均温度、减小温度波幅。考虑太阳能资源,以不同建筑气候区为研究对象,对哈尔滨、武汉地区的太阳能相变屋面最佳结构进行了优化设计,哈尔滨市最佳的相变温度为17～19℃,最佳相变材料厚度为30mm,最佳供暖风速为1m/s;武汉市最佳的相变温度为18～20℃,最佳相变材料厚度为30mm,最佳供暖风速为0.8m/s。比较了太阳能相变屋面系统应用于石家庄、哈尔滨、武汉的节能效果。石家庄、哈尔滨、武汉冬季典型日的单位面积节能量分别为7733.66k J/m~2、5569.09k J/m~2、2865.23k J/m~2。系统在石家庄市的节能效果最好,该系统更适用于冬季太阳辐射强度高、室外温度低的地区。本研究提出的太阳能相变屋面系统对于提高冬季建筑屋面围护结构的热工性能、降低供暖能耗具有一定的参考意义。
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