新型的与建筑一体化太阳能双效集热器系统

1、一种新型的与建筑一体化太阳能双效集热器系统的实验研究工程概况：一种新型的与建建筑一体化太太阳能双效集集热器系统，该该系统有两种种工作模式:被动采暖工工作模式和集集热水工作模模式。由系统统工作在被动动采暖工作模模式下的实验验结果可以得得到:系统房房间内空气存存在温度分层层现象，测试试期间上下位位置最大温差差为4.2，平均温差差约为2.77;系统在被被动采暖工作作模式下工作作时对房间温温度的提高作作用明显，实实验测试结果果显示，实验验期间系统房房间平均温度度达到24.7 ，相对环境境温度升高平平均达到199.9。通过系统统以自然循环环方式工作在在集热水工作作模式下的实实验测试结果果，可以得到到实验

2、期间在在集热水工作作模式下系统统的热效率为为52.8%，集热器单单位面积太阳阳得热为4.16MJ/。引言 太阳能能在建筑中的的热利用技术术在国内外已已有一定发展展，其中太阳阳能制热水和和太阳能采暖暖是最为普遍遍的两种应用用形式。太阳阳能用于供暖暖的第一次大大规模研究是是1939年年在麻省理工工学院开始的的。从1933919611年相继建成成了四幢小型型建筑，每幢幢建筑都是部部分由太阳能能供热，系统统需在不使用用时放空集热热器以防水在在其中冻结。之之后提出多种种太阳能建筑筑供暖系统，如如Trombbe墙系统、改改进后的复合合Trombbe墙系统和和新型光伏Tinmbbe墙系统为解解决传统Trro

3、mbe墙墙功能单一等等问题而提出出)等。这些些系统的提出出，推进了在在建筑中应用用太阳能供暖暖技术的发展展，但仍存在在一些问题有有待完善。一一般来说，在在冬季，太阳阳能供暖系统统可以很好地地满足建筑采采暖需求，但但在建筑无需需供暖的时期期(特别是夏夏季)，太阳阳能供暖系统统会造成系统统全年使用率率低，并影响响系统使用的的经济性，且且易造成建筑筑过热问题。在在太阳能制热热水应用方面面，由于太阳阳能热水系统统具有相对简简单、技术较较成熟且成本本较低的特点，成为太阳阳能热利用技技术中发展最最快、应用最最为普通的技技术，同时随随着太阳能制制热水应用的的发展，传统统热水系统的的一些局限性性也逐渐显现现:

4、太阳能热热水系在冬季寒冷冷地区应用时时，水温过低低甚至系统结结冻会造成系系统无法有效效使用;传统统安装方式将将系统安装于于建筑屋顶，安安装不美观则则影响建筑美美观甚至城市市整体形象，而而且高层建筑筑屋顶面积无无法满足需求求等。因此为为对太阳能制制热水系统进进行改进，提提出了太阳能能热水墙的概概念，该系统统的提出可以以解决传统系系统安装于建建筑屋顶而遇遇到的屋顶面面积不足的问问题，并且安安装方式的改改进，使系统统更美观，但但对于热水系系统在冬季使使用时所出现现的问题未得得到根本解决决。 为解决决以上问题，本本文提出了与与建筑一体化化太阳能双效效集热器系统统，该系统有有两种工作模模式:被动采采暖工

5、作模式式和集热水工工作模式。在在全年建筑需需供暖的时期期(如冬季)，系统以被被动采暖工作作模式运行为为室内房间供供暖，在全年年其他时期特特别是夏季，系系统转换成集集热水工作模模式以提供生生活用热水。该该系统可以避避免单独应用用太阳能被动动采暖系统在在夏季易造成成的建筑过热热而制约其推推广应用的问问题，而且还还可以有效利利用太阳能提提供生活热水水。 为对该该新型系统进进行研究，本本文以热箱为为基础，建立立了与建筑一一体化太阳能能双效集热器器系统的测试试平台，并针针对系统两种种工作模式分分别进行了实实验测试和分分析。1与建筑一体化化太阳能双效效集热器系统统构成及实验验装置与建筑一体化太太阳能双效集

6、集热器模块是是本系统的核核心部件，该该模块是在普普通平板集热热器的原理基基础上改造而而成，其区别别于普通平板板集热器的特特点是双效集集热器里有一一个特别加宽宽的空气间隙隙空间，并且且集热器背面面上下位置开开有两个矩形形的开口，如如图1所示为了对与建筑一一体化太阳能能双效集热器器系统进行研研究，本文在在热箱基础上上搭建了该新新型系统的实实验测试平台台。如图2、图图3所示，该该平台包括热热箱房间、与与建筑一体化化太阳能双效效集热器模块块、上下风口口、蓄热水箱箱、阀门和管管路等。热箱箱房间除南墙墙与外环境接接触外，其他他5面墙体处处在一大房间间内而与外环环境隔离。墙墙体为轻质保保温墙体。房房间尺寸南

7、北北宽2.900m、东西长长2.97mm、高2.600m。模块结结构尺寸为高高1.9455m x宽0.9945m，空空气层厚度为为0.16mm。为增强模模块的集热性性能，模块的的铜铝复合吸吸热板表面覆覆盖有选择性性吸收涂层(涂层吸收率率0.95，发发射率0.115)。 系统的的工作原理是是:在被动采采暖工作模式式下，阀门关关闭，系统的的上下风口开开启，从而使使建筑房间与与集热器相通通，集热器特特别设计的加加宽的空气间间隙层成为通通风流道，流流道内空气在在集热器加热热而造成的热热虹吸作用下下自下而上流流动，从而向向建筑室内供供暖;在集热热水工作模式式下，系统上上下风口关闭闭，阀门开启启，蓄热水箱

8、箱中的水通过过管路与集热热器的水管相相通，系统以以自然循环工工作方式使用用而提供生活活用热水。 实验测测量系统在系系统主要位置置布置有铜一一康铜热电偶偶以测量相关关位置温度，主主要位置包括括上风口中央央位置、热箱箱房间的上中中下3个高度度位置、蓄热热水箱中的上上中下3个位位置。测量系系统还包括测测量环境温度度，并通过IBQ-22总辐射仪测测量南向竖直直面的总辐照照强度。所有有温度数据和和辐照数据通通过Agilleng344970A数数据采集仪实实时采集。另另外，对于集集热水工作模模式下的实验验，每次实验验结束时称量量实验水量。2实验结果和分分析2.1被动采暖暖工作模式 为进行行与建筑一体体化太

9、阳能双双效集热器在在被动采暖工工作模式下的的性能研究，在在2008年年1月2日进进行了8h的的连续测量，测测量时间段99:00一117:00。图4给出了实验验期间房间空空气温度随时时间的变化曲曲线。房间空空气温度的测测试结果显示示:实验期间间房间空气上上中下3个位位置的温度存存在明显差异异，表现为上上部空气温度度最高而下部部空气温度最最低，说明系系统房间空气气存在明显的的温度分层现现象;对比上上中下3个位位置的房间空空气温度变化化曲线，可以以发现这3个个位置的空气气温度具有一一致的变化趋趋势，都是先先逐渐升高后后逐渐降低，并并且各个位置置的温度最高高点都出现在在约14:116，因此，可可以将在

10、某时时刻的这3个个位置的空气气温度的平均均值用来代表表该时刻的整整体房间空气气温度，即图图4的整体房房间空气温度度变化曲线;以上中下33个位置的空空气温度的平平均值来代表表房间整体空空气温度，可可以得到测试试期间房间空空气平均温度度为24.77。 图5给出了整体体房间空气温温度和环境温温度的对比变变化曲线以及及房间空气相相对环境的温温升变化曲线线。由环境温温度变化曲线线可知，由于于是在冬季，外外环境温度很很低，其范围围在1.4一一6.7内，其平均均值约为4.8。由房间空空气相对环境境的温升变化化曲线，可以以得到房间空空气相对环境境的温升范围围为4.5一一26.8 ,期间平平均温升达到到19.9

11、。结果表明明，在工作于于被动采暖工工作模式下的的与建筑一体体化太阳能双双效集热器系系统的作用下下，房间空气气温度得到很很大提升。图6为房间空气气上部测点和和下部测点的的温差与太阳阳辐照强度随随时间变化的的对比曲线。由由图可知，期期间房间上部部测点与下部部测点的最大大温差约为44.2，平均温差差约为2.77。此外，对对比温差曲线线和太阳辐照照强度变化曲曲线，可以发发现温差曲线线的变化趋势势与太阳辐照照强度曲线的的变化趋势具具有很强的一一致性。 图7给给出了上风口口空气温度与与房间空气平平均温度的对对比曲线。由由图可知，上上风口空气温温度最高达到到54.8。上风口空空气温度的变变化趋势同样样出现了

12、先升升后降的现象象，但可以看看出，房间空空气平均温度度变化与其相相比存在一定定滞后。在测测量期间，上上风口空气温温度均高于房房间空气温度度，因为上风风口空气升温温可认为是从从下风口进人人房间的空气气被集热器加加热后的结果果，这表示尽尽管如前所示示，房间空气气温度在实验验期间出现先先升后降的现现象，但并不不表明从开始始降低的时间间起，集热器器对房间供热热作用失去，相相反这段期间间集热器仍在在为房间进行行供暖。测量量终止时，两两者温度已接近，这这说明上下风风口应从此时时开始关闭。2.2集热水工工作模式为进行与建筑一一体化太阳能能双效集热器器系统在集热热水工作模式式下的性能研研究，在20008年4月

13、月25日进行行了8h的连连续测量，测测量时间段与与被动采暖工工作模式不同同，为8:000- 166:00。图图8给出了测测量期间的 环境温度度和辐照强度度的变化曲线线。平均环境境温度为255.2，平均辐照照强度为2773.3W/耐。测量结结束时，水量量称重为988.3kg。整个实验期间，系统以自然循环方式运行。图9所示为蓄热热水箱中水温温测量曲线。测测试结果显示示，水箱中上上部和下部的的最大温差约约为3.3，平均温差差约为2.22。这说明蓄蓄热水箱中的的水也存在一一定的温度分分层现象。依依据文献中对对热水系统的的评价方法，根根据实验期间间蓄热水箱中中水的平均初初始温度为119.8，平均终温温为

14、38.44，可以得到到在实验期间间与建筑一体体化太阳能双双效集热器系系统在集热水水工作模式下下的集热效率率为52.88%，太阳得得热量为7.64MJ，集集热器单位面面积的太阳得得热为4.116MJ/。3结论 通过利利用热箱实验验平台，对本本文提出的新新型的与建筑筑一体化太阳阳能双效集热热器系统进行行实验测试和和分析，得到到以下结论: 1)与与建筑一体化化太阳能双效效集热器系统统具有两种功功能:在冬季季为室内提供供采暖和在其其他季节用于于提供生活热热水，避免了了两种系统在在单独应用时时所面临的问问题，同时有有效利用了太太阳能; 2)实实验测试结果果显示，系统统工作在被动动采暖工作模模式下时，系系统房间内空空气存在温度度分层现象，表表现为房间上上部空气温度度高，下部空空气温度低，测测试期间上下下位置最大温温差为4.22，平均温差差约为2.77; 3)系系统以被动采采暖工作模式式运行时，与与建筑一体化化太阳能双效效集热器系统统在被动采暖暖工作模式下下工作时对房房间温度的提提高作用明显显。实验测试试结果显示，在在实验测试期期间9:000一17:000，系统房房间期间平均均温度达到224.7