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针对烟囱效应对太阳能空调系统性能影响研究

发布时间:2019-11-27 16:08所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:根据BIPVT技术和热压下的热通风理论以及利用光伏板构建试验台,通过对室外干球温度ta以及玻璃盖板到光伏电池板之间的距离l等参数进行变化,得出结论,室外干球温度对光伏电池板的温度存在正比影响;且玻璃盖板到光伏电池板表面之间的距离l越小,节能型空

  摘要:根据BIPVT技术和热压下的热通风理论以及利用光伏板构建试验台,通过对室外干球温度ta以及玻璃盖板到光伏电池板之间的距离l等参数进行变化,得出结论,室外干球温度对光伏电池板的温度存在正比影响;且玻璃盖板到光伏电池板表面之间的距离l越小,节能型空调系统的性能提升越大;基于对季节性数据处理,同时对节能空调,其系统光伏热结构进行分析,冬季和夏季两季气温变化,各层之间的平均温差为17.55℃和22.17℃,与此同时其发电效率则会分别提高2.72%和7.09%.

  关键词:太阳能空调;光电转换效率;烟囱效应通风理论;BIPVT

太阳能学报

  太阳能烟囱是一种加强自然通风和在热压下空气量的装置.它能够吸收太阳辐射热,同时将热能转换为动能以提高空气的浮生动力.BIPVT是一个集成光电和热能的建筑系统,可以理解为把太阳能的光与太阳能热量以及建筑三者之间相结合.太阳能空调是节省空调能量的最佳解决方案[1],应尽快推广BIPVT技术,将其运用到建筑空调中.自然能通风可以提高舒适度并改善空气质量[2].它可以通过热压、风压单独利用,也可以联合应用[3].

  国内研究人员研究了通风壁的傅里叶传热模型[4-6].Yu系统地研究了地热冷却系统,地下空气热交换器以及改进的太阳能集热器烟囱[7].汪云云则通过建立串并联光伏耦合电路的相关数学模型,分析了温度对太阳能PV/T系统之中,其开路电压值,最大功率和光电转换效率等一系列受温度影响的主要参数[8].

  同时,国外研究人员还对传热模型和通风墙的热特性展开了理论研究.Mavromatidis建立了一维动力学模型,该模型是由空气夹层组合成保温墙,并且对其内部温度分任分布特征、对流、辐射传热过程和壁面热流传递特性进行了研究[9].太阳能烟囱和间层的高度直接影响烟囱中的空气加热程度,因此太阳能烟囱的自然通风流动,受到间接影响,一些研究人员通过缩小模型来分析高度以及间距所产生的影响[10-11].

  其他研究人员则通过创建研究模型,研究了结构模式对性能产生的影响,然而结果与实验数据存在误差[12-13],因为在研究模型时往往会忽略玻璃盖板以及集热墙的导热热阻[14].本文基于烟囱效应式的通风空调系统,设计了一系列多功能太阳能通风驱动空调系统.试验台利用光伏电池板搭建,分析影响空调系统光伏部分的所有参数,并通过不断改变光伏板距离参数来监测实验数据.

  1实验

  1.1实验装置

  实验装置的组成主要包括:光伏电池板,电阻器,蜗壳式直流离心风机,变压器(220~25V),安捷伦数据记录仪(-100℃~400℃),热线风速计等.

  1.2实验步骤

  1)通过室外干球温度ta数值的变化作对比实验,并使用数据记录仪对各测点的数据进行记录;2)根据调节玻璃盖板到光伏电池板之间的距离l进行对比实验,并使用数据记录仪对各测点的数据进行记录;3)通过改变供风速度v作对比实验,并使用数据记录仪对各测点的数据进行记录.

  2实验结果对比分析

  根据对实验测试装置所获得的实验数据的处理,通过得到的结果分析各参数对该系统的影响,并通过图表证明了各实验参数对系统所产生的影响.(各曲线含义为:A为室外空气温度;B为没有玻璃覆盖时,光伏板的温度;C为有玻璃盖时,光伏板的温度;D为空气间层的度;D1为空气间层未通风状态下的温度;D2为空气间层通风状态下的温度;E为空气间层通风状态时的电流;F为未通风状态时的电流).

  2.1温度对比分析

  当室外空气温度越高时,光伏板的表面温度则会越高.显示了2016年11月18日测量的数据,显示了2016年11月20日测量的数据.表明在非通风的状态下,当l=0.03m时,D与A温度差的平均数值,大于当l=0.06m时,D与A温度差的平均数值,可以发现D与A温度差的平均数值,呈现出递增的趋势.

  增长趋势表明,当距离l越小时,空气层的体积越小,这将导致空间温度升高,从而导致光伏板表面温度升高并降低能效.为2016年11月22日测量的数据,为2016年11月24日测量的数据.在通风的状态下,当l=0.03m时D和A温度差的平均数值,小于当l=0.06m时D与A温度差的平均数值,可以发现D与A温度差的平均数值,呈现出递减的趋势.

  表明当供气量相同时,距离l越小,带走的热量会更多,因此空间温度会降低,使光伏板的表面温度降低,能量输出降低,提高效率.因此,盖板到光伏板表面之间的距离越小,空气层中的空气温度和不通风情况下的外部空气温度之间的差异越大.当供气量相同时,距离小时,通风效果更显著,光伏板的表面温度越低,能量产生效率越高,同时促进热压差的增加,最终实现烟囱效应.

  2.2电流对比分析

  在实验期间监测天气条件,并且在2015年1月20日和2015年7月19日进行实验数据的收集处理.通过分析可知,D1温度明显要比D2温度要高,平均温差分别为17.55、22.17℃,并且与环境温差之间相差较大,表明送风空气可以携带并排出来自空气层的大部分热量,输送到U形通风通道,使得热压差增加,进一步增强烟囱效应.与此同时,在通风之后,空气间层内部温度会降低,这将有助于降低光伏板的表面温度,从而提高发电效率.

  该实验还测量了串联电路的电流G和H,G高于H,因此可知通风速度越大,光伏板发电效率越高,两日的平均光电转换效率分别提高了2.72%、7.09%.在总热量不足以提供所需的热压的情况下,可以使用诸如风机或者是电加热器的辅助设备,从而使得U形通风通道的热压差增加.

  3结语

  本文以节能减排为目的,开发设计了基于BIPVT与烟囱效应式通风的节能型空调系统.通过对比试验,针对该空调系统的光伏光热部分构建实验台,对所测量的实验数据进行分析,得出各项参数对该系统光伏光热部分所产生的影响.在实际应用中可以将冷水机组用本文所提出的新型系统替代,使之逐渐成为推动节能减排的一项新技术.

  参考文献:

  [1]杨俊斌,耿世彬.太阳能空调的技术现状与发展[J].洁净与空调技术,2017(1):95-99.

  [2]杨奇昌.绿色节能暖通空调技术在绿色建筑中的应用[J].绿色环保建材,2018(9):250-252.

  [3]黄保全.建筑设计中的自然通风研究[J].工程建设与设计,2018(3):50-52.

  [4]吴刚,李鹏,张辉.肋片型太阳能集热器热量通道传热效果仿真[J].计算机仿真,2018,35(7):89-92.

  [5]邱升.太阳能光伏光热系统集热器流动传热特性及优化[D].扬州:扬州大学,2018.

  [6]卢喜梅.太阳能平板空气集热器内部流动与传热特性分析及优化研究[D].石家庄:石家庄铁道大学,2017.

  太阳能论文投稿刊物:《太阳能学报》(月刊)创刊于1980年,由中国科协主管,中国太阳能学会主办,北京市太阳能研究所承办,自创刊以来为我国新能源领域的学术交流、人才培养及促进科研成果产业化等方面做出了贡献。主要报道我国太阳能、生物质能、风能、氢能、海洋能及地热能科学技术研究成果。

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