太阳能微通道热管集热墙的应用研究

发布时间：2020-10-26 06:55

　　 目前,随着人类社会的发展以及人口的不断增长,地球上的一次能源正日益枯竭,能源已经成为各国经济发展和民众生活的重要议题。而且化石燃料燃烧使得自然环境日益恶化,节能减排迫在眉睫。在我国总的能源消耗中,建筑能耗占到了27.45%,而供暖及空调能耗又占总建筑能耗的60%以上,所以,未来建筑利用可再生能源的发展潜力巨大。其中,太阳能是可以利用的最清洁、最丰富的能源。本课题基于前人的构思和设计,以微通道阵列热管作为传热元件,将热管打弯安装到建筑南向墙体中,提出了一种可以削弱墙体传热延迟性的太阳能微通道热管集热墙。通过实验研究,发现热管墙传热量随太阳辐射变化明显,且采暖季白天室内温度始终高于室外温度,其温差为1.4~13.1℃。热管墙有效得热量最大为287 kJ/m~2。瞬时集热效率最大为81.6%。随后通过对比实验,发现采暖季白天DH(采暖日度小时数)值平均减少5.7℃·h,夜间DH值平均减少3.3℃·h,夏季平均过热度减少0.66℃,过热时间系数减少0.12,说明该热管墙可以很好地满足冬季供暖和夏季阻热目的。本研究同时考虑了太阳辐射导致的墙体的非稳态导热,围护结构之间的辐射和对流换热三种传热的耦合,采用动态网络分析方法,建立了微通道热管墙冬季采暖系统的数学模型,并通过Matlab编程计算实验房和微通道热管墙体内部的热工计算温度,然后与实验数据进行比较,验证了模型的正确性,并用该数学模型和编写的计算机程序对单位面积微通道热管集热墙需要的热管数量和微通道热管集热墙面积进行了优化分析,发现采暖季单位面积集热墙热管集热面积为0.36 m~2最合适,增加微通道热管集热墙的面积可以提高室内温度。最后,采用SLR(太阳得热负荷比)法,对微通道热管式太阳能墙体应用在北京农宅中的节能性和经济性进行评价,计算微通道热管式太阳能房间所需要的辅助供热量、节能率与该房间成本的回收年限,并预测了采暖季室内平均温度,为新农村住宅的太阳能热工计算提供了理论依据,同时,说明此太阳能微通道热管集热墙在农村住宅中推广使用是可行的。
【学位单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK513.1;TU83
【部分图文】：

-10-图 2-1 热管内部结构 图 2-2 热管实物2.1.1 热导率概念热导率是表征物体导热性能的物理参数，在数值上等于单位温度梯度、单位导热面积、在单位时间内所传导的热量，热导率越大，表示物体导热能力越强。影响热导率大小的主要因素有物质的材料成分、密度、结构、温度、压力等，与物体的几何形状无关，其值通常通过实验测得[31]。2.1.2 热管等效热导率计算通过一定模型转换，热管等效热导率的计算方法如下：

-10-图 2-1 热管内部结构 图 2-2 热管实物2.1.1 热导率概念热导率是表征物体导热性能的物理参数，在数值上等于单位温度梯度、单位导热面积、在单位时间内所传导的热量，热导率越大，表示物体导热能力越强。影响热导率大小的主要因素有物质的材料成分、密度、结构、温度、压力等，与物体的几何形状无关，其值通常通过实验测得[31]。2.1.2 热管等效热导率计算通过一定模型转换，热管等效热导率的计算方法如下：

eff it tQ Al RλΔ Δ= =Σeff-tK 为：effeff-t1 1· ·rilKπR= 半径，m；effl 为热管等效长度，m；i R为热管总热eff=2e cal ll l++ 蒸发段长度，m；al 为热管绝热段长度，m；cl 为热热管蒸发段受热，管内工质蒸发，蒸汽在压差作用体工质再沿着微通道内的微槽流回蒸发段。如此循环，具体工作过程中共有 10 个热阻[32]，如图 2-3 所示
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本文编号：2856661