一种新型的太阳能集热墙系统的模拟研究

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目前,我国有近30%的能源消耗在建筑物上,长此以往,必将严重影响我国经济的可持续发展。因此,我国必须从可持续发展的战略出发,尽可能的降低建筑物对不可再生能源的消耗。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源,具有许多常规能源无法比拟的优势。本文设计了一种新型的太阳能集热墙系统,其主要包括可调式太阳能电池板遮阳装置和孔板式太阳能集热墙两部分,太阳能电池板与集热墙进风口处的直流风机相连,为直流风机的运转提供动力。制作了可调式太阳能电池板遮阳装置的模型,根据水平遮阳理论得出太阳能电池板尺寸的计算公式,并在假设太阳能电池板的光电转化效率恒定不变的前提下得出在数值模拟阶段直流风机风量的计算公式。根据大连理工的刘雷的硕士论文设计了一款孔板式太阳能集热墙,并对此种形式的孔板式太阳能集热墙及其采暖房间的传热过程进行了理论分析。基于孔板式太阳能集热墙及其采暖房间传热过程的理论分析,本文采用FLUENT模拟软件在稳态和非稳态条件下对集热墙及其采暖房间进行了数值模拟,并得出其在不同条件下温度场和速度场的分布情况及其随时间的变化规律。本文的模拟结果显示:在本文的模拟气候条件下,自然条件(无风机作用)下的孔板式太阳能集热墙能将空气提升33.7K,并能够使采暖房间的平均温度达到287.65K。在冬季模拟时间段,有直流风机作用下的孔板式太阳能集热墙出口处的平均温度在13点达到最高值——298.7K,此集热墙的集热效率为86%,能够使采暖房间比对比房的平均温度高2K左右。在夏季模拟时间段,有直流风机作用下的孔板式太阳能集热墙对房间通风效果较好,通风换气量的最大可达342m3/h。基于数值模拟结果,本文对孔板式太阳能集热墙的节能性进行了分析。分析结果显示,在模拟时间段孔板式太阳能集热墙为室内提供的总热量为15073.2KJ,对降低建筑物对不可再生资源的消耗的意义显著。
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