液冷式热管型BIPVT系统及其对建筑冷热负荷影响的研究

作     者：张吉鑫 

作者单位：哈尔滨商业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱剑峰;李祥

授予年度：2024年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：BIPVT系统 液冷式热管 建筑冷热负荷 TRNSYS模拟 

摘      要：太阳能光伏光热建筑一体化综合利用技术(BIPVT)是通过将太阳能光伏组件和光热集热器整合到建筑的设计和结构中,实现建筑自身的能源生产和利用,同时提高建筑的能效性能和环境友好性。然而在系统运行时光伏效率与光热效率成反比,很难同时将二者的效率最大化。 针对以上问题本文设计了一种新型的建筑节能系统—液冷式热管型BIPVT系统。该系统由光伏系统和热泵系统两个子系统组成。实验时通过液冷式热管对光伏系统的光电效率的影响、对建筑冷热负荷的影响以及对热泵系统的COP的影响这三个方面展开研究,得到结论如下: (1)研究了不同流速对液冷式热管型BIPVT系统的影响,结果表明在一定范围内流速越小,冷却液对热管的换热效果越显著,同时也能更好的对光伏组件起到降温的效果。 (2)确定最佳流速后对不同季节时液冷式热管对光伏组件的影响展开实验,对光伏组件的输出电流、光伏板的温度、空气层温度和墙体外表面的温度进行数据记录和分析。结果表明夏季液冷式热管技术的太阳能电池板的平均输出电流提升了33.5%。冬季提升了8.2%。夏季光伏板的平均表面温度下降了5.72℃,空气层的平均温度减少了2.69℃,而外墙表面温度降低了1.25℃。冬季外墙表面平均温度提高了8.92℃。 (3)以哈尔滨市某办公楼为例,对不同系统下的该办公楼全年的建筑冷热负荷进行计算,结果显示传统建筑冷热负荷为2.40×105kW、5.98×105kW。液冷式热管型BIPVT系统的建筑冷热负荷为2.32×105kW、5.54×105kW,冷热负荷分别降低了3.3%、7.4%。证明该系统对建筑的节能效果显著。 (4)通过TRNSYS搭建液冷式BIPVT系统,对不同状态下系统运行时的COP值进行统计分析。以本实验选取的水源热泵为例,非采暖季液冷式热管型PVT水源热泵系统的COP值从传统的水源热泵的4.46提升到5.11,提升了14.57%。采暖季选用防冻液作为冷却液,液冷式热管型PVT水源热泵系统的COP值从传统水源热泵的3.58提升至3.83,提升了6.89%。通过以上模拟数据可知含采暖季含防冻液的液冷式热管型PVT水源热泵系统有良好的节能性。