PDF《基于光伏光热的地下空间太阳能烟囱效应影响因素研究》

第33 卷第18 期农业工程学报Vol.

33 No.18

2017 年9月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep.

2017 141 基于光伏光热的地下空间太阳能烟囱效应影响因素研究 向波,余涛,袁艳平 ,孙亮亮,曹晓玲 (西南交通大学机械工程学院,成都 610031) 摘要:提出了将太阳能烟囱效应与太阳能光伏光热(PV/T)技术相结合来强化地下空间通风的技术措施.为研究 该通风模式的影响因素,基于质量和热量平衡理论,建立了风井通风性能的数学模型,分析了换热器管排数、风井 高度、热水水温和流速对通风性能的影响.结果表明:风井内换热器存在最大有效管排,管间距为 0.

032、0.

038、 0.047 m 时换热器的最大有效管排数分别为

9、

13、18,在有效管排数范围内,随着管排数的增加风井出口温度升高, 通风量先增大后减小;

空气质量流量随着风井高度增加、热水温度升高明显增大,随着热水流速增大而缓慢增大;

风井出口空气温度随着风井高度增加而降低,随着热水温度升高、流速增大而升高.最后,通过拟合得到计算风井 空气质量流量的经验公式. 关键词:太阳能;

传热;

通风;

PV/T;

地下空间;

通风风井 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.019 中图分类号:TK519 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2017)-18-0141-07 向波,余涛,袁艳平,孙亮亮,曹晓玲. 基于光伏光热的地下空间太阳能烟囱效应影响因素研究[J]. 农业工程学报, 2017,33(18):141-147. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.019 http://www.tcsae.org Xiang Bo, Yu Tao, Yuan Yanping, Sun Liangliang, Cao Xiaoling. Study on influencing factor of solar chimney effect in underground space based on photovoltaic-thermal[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(18):

141 - 147. (in Chinese with English abstract) doi : 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.019 http://www.tcsae.org

0 引言? 随着地下空间(如综合管廊、地下车库等)开发数 量日益增多,地下空间的节能也越来越受到关注[1-3] .地 下空间因其地势低且相对封闭,易沉积污染物,需要设 置有效的通风系统[4-6] ,常用的风机通风设备能耗高,噪 音大[7] ,而自然通风无需动力设备,是一种节能环保的通 风方式[8-11] ,但其受外界环境气象条件影响大,通风量不 稳定,在实际地下工程应用中具有一定的局限性.为弥 补自然通风的不足,常利用太阳能烟囱来强化地下空间 自然通风[12-14] . 太阳能烟囱是利用太阳辐射加热风井的空气,空气吸 热产生浮升力,形成烟囱效应达到强化自然通风目的[15-16] . 许多学者研究了太阳能烟囱的通风性能并对其结构进行 了优化[17-18] .近年来,也有不少太阳能烟囱与其他技术 结合强化自然通风效果的报道,如太阳能烟囱结合蒸发 冷却腔、太阳能烟囱结合地埋空气换热器、太阳能烟囱结 合内置光伏(PV)驱动直流风机等技术措施[19-21] ,但这些 收稿日期:2017-04-21 修订日期:2017-08-28 基金项目:建筑环境与能源高效利用四川省青年科技创新研究团队项目 (2015TD0015) ;

国家自然科学基金面上项目(51678488) 作者简介:向波,男,四川遂宁人,博士生,主要从事地下空间可再生能 源应用研究.成都 西南交通大学机械工程学院,610031. Email:xiangbo@my.swjtu.edu.cn 通信作者:袁艳平,男,湖北洪湖人,博士,教授,博士生导师.主要从 事地下空间热湿环境与安全、地源热泵、太阳能建筑一体化、相变储能在暖 通领域的应用研究.成都 西南交通大学机械工程学院,610031. Email:ypyuan@home.swjtu.edu.cn 文献研究都集中于地上建筑.针对地下建筑,郭敏等[12] 提出将太阳能烟囱效应与太阳能热水器相结合用于地下 建筑通风,并对其通风性能进行理论分析和数值模拟.结 果表明,太阳能可以满足该通风换气方式 60%的能量需 求,降低了电能等其他形式能源的消耗. 上述关于太阳能烟囱研究多针对地上建筑,由于地 下空间环境的特殊性,无法建造类似地上建筑的太阳能 烟囱,相关的研究较少.光伏(PV)发电技术是一种常 见的太阳能利用技术[22-23] ,PV 组件接收的太阳能大部分 都转化为热量,使得 PV 组件温度升高,从而导致光电转 换效率降低[24] .工程中,可采用 PV/T 技术通过水或空气 回收发电时产生的热量来提高光电转换效率[25-26] .若将 太阳能烟囱效应与 PV/T 技术相结合应用于地下空间通 风, 则不仅可以维持 PV 组件在较高光电转换效率的温度 范围内, 而且 PV/T 产生的低温余热还可用于强化地下空 间自然通风,降低地下空间通风能耗,最大限度地提高 了太阳能综合利用效率. 本文提出了太阳能烟囱效应与PV/T 技术相结合的技 术措施, 将PV/T 集热器产生的余热应用于地下空间通风. 文章针对风井部分,分析了其内部流动和换热平衡,建 立了风井通风性能的数学模型,并初步探讨了换热器管 排数、风井高度、热水水温和流速对通风效果的影响.