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太阳能是一种安全、清洁的可再生能源,具有普遍性和资源十分丰富的特点,是重要的常规化石能源的替代物,开发利用太阳能具有巨大的经济效益和环境效益,建筑能耗是社会总能源消耗结构中重要组成部分,在建筑中大力推广、应用太阳能利用技术,降低建筑能耗中常规能源比例,是实现社会可持续发展的重要途径。
太阳能双效集热器是一种新型的太阳能光热综合利用与建筑一体化技术,比传统的太阳能集热器功能强大,具有两种独立功能:冬季以采暖工作模式运行向建筑物供暖,无需供暖的其他季节以制热水工作模式运行收集热水。集热器可全年不间断运行,大大提高了太阳能的利用率,具有使用方便、经济性好的特点。冬季采暖模式下,集热器可以向建筑物提供主动和被动两种采暖方式,主、被动结合的太阳能双效集热器空气采暖系统,可同时解决南向房间和北向房间的供暖问题。
建立了应用太阳能双效集热器的主、被动式采暖的示范建筑测试平台,借助于TRNSYS数值仿真工具,编写双效集热器自定义组件,对该建筑的太阳能双效集热器采暖系统在整个供暖季的运行工况进行了模拟。模拟结果显示在合肥地区,木质结构的示范房只需白天供暖情况下,整个采暖期的太阳能保证率为38%,而同样条件下在拉萨和上海地区,太阳能保证率分别达到77%和58%;若示范建筑采用有蓄热能力的混凝土砖墙结构,在拉萨地区全天供暖条件下太阳能保证率达到64%;晴朗天气,南向房间和北向房间白天均可以达到20℃以上舒适性温度。并模拟了在不同辐照条件地区采暖系统的表现,分析了集热器倾角、出口空气温度、集热面积等对双效集热器采暖性能的影响,重点讨论了建筑围护结构的蓄热性能对太阳能采暖系统的影响。
对应用太阳能双效集热器的主、被动式采暖的示范建筑平台进行了实验测试,测试结果表明,只采用集热器的被动采暖的南向房间和主动采暖的北向房间,在辐照条件良好的晴朗天气,白天平均环境温度低于5℃条件下,房间的温度都可以达到20℃以上,基本上可以满足建筑采暖需求。