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太阳能建筑光伏——光热一体化技术的应用研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 太阳能建筑光伏-光热一体化技术简介

1.3 BIPV/T技术的研究现状

1.3.1 BIPV/T装置的理论研究

1.3.2 BIPV/T装置的实验研究

1.3.3 BIPV/T装置的数值研究

1.3.4 BIPV/T系统的相关研究

1.4 本文研究的研究对象和主要内容

1.4.1 本文研究对象

1.4.2 主要研究内容

第二章 BIPV/T装置和BIPV/T墙体的数理模型

2.1 BIPV/T装置和BIPV/T墙体的物理模型

2.1.1 BIPV/T装置的物理模型

2.1.2 BIPV/T墙体的物理模型

2.2 BIPV/T装置的数学模型

2.2.1 装置发电量和产热量的计算方法

2.2.2 流动和传热的基本方程

2.2.3 控制方程中密度项的处理

2.2.4 流态判定及不同湍流模型的比较和选择

2.2.5 边界条件的确定

2.3 BIPV/T墙体的数学模型

2.3.1 倾斜表面太阳辐射的计算

2.3.2 系统发电量的计算

2.3.3 墙体与BIPV/T装置的耦合

2.3.4 墙体产热及新风负荷模型

2.4 本章小结

第三章 BIPV/T装置的数值研究

3.1 数值计算模型简述

3.1.1 模型简述

3.1.2 计算域的确定

3.2 数值计算的设定与求解

3.2.1 流动和传热模拟计算模型的选择

3.2.2 边界条件的设定

3.2.3 控制方程的离散和求解

3.2.4 网格划分

3.2.5 收敛标准

3.3 数值计算结果的分析与讨论

3.3.1 数值计算结果

3.3.2 装置高度对PV板温度和装置产热的影响

3.3.3 装置流道出口尺寸对PV板温度和装置产热的影响

3.3.4 装置流道深度对PV板温度和装置产热的影响

3.3.5 气象参数对PV板温度和装置产热与装置结构参数关系的影响

3.3.6 最优装置结构参数的选取

3.4 本章小结

第四章 BIPV/T墙体节能分析

4.1 TRNSYS简介

4.2 仿真模型简述

4.2.1 建筑物模型

4.2.2 建筑围护结构热工参数

4.2.3 空调运行参数

4.2.4 气象参数

4.3 TYNSYS参数设定

4.3.1 TRNSYS模块的选取及参数设定

4.3.2 BIPV/T模块的参数设定

4.4 仿真结果的分析与讨论

4.4.1 BIPV/T墙体全年发电量分析

4.4.2 BIPV/T墙体对夏季建筑物围护结构空调负荷的影响

4.4.3 BIPV/T墙体对冬季建筑物围护结构空调负荷和新风负荷的影响

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 论文后续工作与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果

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摘要

本文对用于建筑物立面的空气冷却型光伏光热一体化装置(BIPV/T)以及由该装置和建筑物围护结构结合形成BIPV/T墙体进行了数值研究,分析了BIPV/T装置空气流道的结构参数对PV板温度和装置产热的影响,并据此研究了该装置安装于建筑墙体时对建筑物围护结构能耗产生的节能效果。
   针对BIPV/T装置的研究表明:BIPV/T装置空气流道高度对PV板温度的影响较小,对装置产热的影响较为明显,在2m-4m范围内流道高度降低,PV板温度略微降低,流道出口温度降低明显,流道产热速率减小:增大流道出口尺寸PV板温度降低,流道出口温度也降低,但变化较小,流道的产热速率增加;对应不同流道出口尺寸,存在不同的最佳装置流道深度尺寸,使PV板的温度达到最低,产热速率达到最大,但是流道出口温度随流道深度增加单调减小,且变化明显。流道深度与流道出口尺寸之比为0.7可以作为BIPV/T装置最优流道结构参数的选取标准,此时装置的发电效率和产热速率均接近最大值。以上研究结果对合理优化BIPV/T装置的结构设计具有参考价值。
   针对BIPV/T墙体的研究表明:西向BIPV/T墙体全年单位面积发电量最大但光伏电池光电转化效率最低,东向墙体发电量最小但电池效率最高:BIPV/T墙体在夏季可以显著降低建筑物围护结构得热量和围护结构空调负荷,其中西向墙体得热量降低最明显,南向最差;BIPV/T墙体在冬季对建筑物围护结构得热量和围护结构空调负荷的影响较小,但是墙体的产热用于空调新风预热时可以有效降低新风负荷,其中南墙产生的、可用于空调新风预热的热量最大,东墙最小。以上结果对合理选择适于安装BIPV/T装置的墙体,分析BIPV/T建筑物的节能效果,最大化利用BIPV/T墙体的产热具有指导意义。

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