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Comfort assessment and energy performance analysis of a novel adjustable semi-transparent photovoltaic window under different rule-based controls

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Building Simulation 2023年第12期16卷 2343-2361页

作者： Yutong Tan Jinqing Peng Meng Wang yimo luo Aotian Song Nianping Li College of Civil Engineering Hunan UniversityChangshaHunanChina Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency of the Ministry of Education ChangshaHunanChina School of Energy and Power Engineering Changsha University of Science and TechnologyChangshaHunanChina Leadus Glass Technology(shenzhen)Co. LTDShenzhenGuangzhouChina

Self-powered photovoltaic windows,which integrate photovoltaic with electrochromic devices,have attracted widespread attention of scholars since they can generate electricity in situ and reduce building energy consumption by modulating the transmitted solar ***,previous studies mainly focused on the material development and performance characterization,lack of comfort assessment and energy saving potential of its application to *** address this issue,an adjustable semi-transparent photovoltaic(ATPV)window which integrates CdTe-based photovoltaic and WO3-based electrochromic,was taken as the research object,and a novel rule-based control strategy taking the beam solar radiation luminous efficacy(CtrlEff)as decision variable was proposed for the first *** ATPV window model was established in WINDOW software based on the measured data,and then it was exported to integrated with a medium office building model in EnergyPlus for performance evaluation including the visual comfort,thermal comfort,net energy consumption,and net-zero energy *** results of a case study in Changsha(E 112°,N 28°)indicated that the ATPV window under the CtrlEff strategy can effectively reduce the southward and westward intolerable glare by 86.9%and 94.9%,respectively,and increase the thermal comfort hours by 5%and 2%,compared to the Low-E ***,the net-zero energy consumption can be decreased by 58.7%,65.7%,64.1%,and 53.8%for south,west,east,and north orientations,and the corresponding net-zero energy ratios are 65.1%,54.6%,62.7%,and 61.6%,*** findings of this study provide new strategies for the control and optimization of the adjustable window.

关键词： adjustable semi-transparent photovoltaic windows rule-based control visual comfort energy consumption net-zero energy ratio

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Liquid Air Energy Storage for Decentralized Micro Energy Networks with Combined Cooling,Heating,Hot Water and Power Supply

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Journal of Thermal Science 2021年第1期30卷 1-17页

作者： SHE Xiaohui ZHANG Tongtong PENG Xiaodong WANG Li TONG Lige luo yimo ZHANG Xiaosong DING Yulong Birmingham Centre for Energy Storage&School of Chemical Engineering University of BirminghamBirmingham B152TTUK School of Energy and Environmental Engineering University of Science&Technology BeijingBeijing 100083China College of Civil Engineering Hunan UniversityChangsha 410082China School of Energy and Environment Southeast UniversityNanjing 210096China

Liquid air energy storage(LAES)has been regarded as a large-scale electrical storage *** this paper,we first investigate the performance of the current LAES(termed as a baseline LAES)over a far wider range of charging pressure(1 to 21 MPa).Our analyses show that the baseline LAES could achieve an electrical round trip efficiency(e RTE)above 60%at a high charging pressure of 19 *** baseline LAES,however,produces a large amount of excess heat particularly at low charging pressures with the maximum occurred at~1 ***,the performance of the baseline LAES,especially at low charging pressures,is underestimated by only considering electrical energy in all the previous *** performance of the baseline LAES with excess heat is then evaluated which gives a high e RTE even at lower charging pressures;the local maximum of 62%is achieved at~4 *** a result of the above,a hybrid LAES system is proposed to provide cooling,heating,hot water and *** evaluate the performance of the hybrid LAES system,three performance indicators are considered:nominal-electrical round trip efficiency(ne RTE),primary energy savings and avoided carbon dioxide *** results show that the hybrid LAES can achieve a high ne RTE between 52%and 76%,with the maximum at~5 *** a given size of hybrid LAES(1 MW×8 h),the primary energy savings and avoided carbon dioxide emissions are up to 12.1 MWh and 2.3 ton,*** new findings suggest,for the first time,that small-scale LAES systems could be best operated at lower charging pressures and the technologies have a great potential for applications in local decentralized micro energy networks.

关键词： liquid air energy storage cryogenic energy storage micro energy grids combined heating cooling and power supply heat pump

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Study on the hybrid energy storage for industrial park energy systems:Advantages,current status,and challenges

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National Science Open 2024年第3期3卷 110-145页

作者： Jiacheng Guo Jinqing Peng yimo luo Bin Zou Zhengyi luo College of Civil Engineering Hunan UniversityChangsha 410082China Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency of the Ministry of Education Changsha 410082China

In order to increase the renewable energy penetration for building and industrial energy use in industrial parks,the energy supply system requires transforming from a centralized energy supply mode to a distributed+centralized energy supply *** application of a hybrid energy storage system can effectively solve the problem of low renewable energy utilization levels caused by a spatiotemporal mismatch between the energy source and *** study summarized the advantages and limitations of common energy storage technologies in industrial parks from the aspects of service life,response time,cycle efficiency and energy storage density,*** advantages of the hybrid energy storage system in industrial parks were also discussed in terms of sustainable development,climate change mitigation,social impact,and other *** typical frameworks of hybrid energy storage were summarized,and the advantages,disadvantages,and application scenarios of each typical framework were *** current status of hybrid energy storage systems was summarized from the aspects of system modeling,hybrid energy storage mechanisms,design optimization,and operation *** the same time,the key challenges in modeling,regulation,and optimization of hybrid energy storage systems were *** discussion leads to proposals for the direction of future *** optimization methods and processes for designing and operating hybrid energy storage systems were proposed based on theoretical frameworks and *** is hoped that this review can provide some guidance and serve as a reference for developing and applying hybrid energy storage systems in industrial parks.

关键词： industrial park energy sy stem hybrid energy storage renewable energy utilization regulation and operation energy conservation and carbon reduction

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基于ANN模型的内冷型溶液除湿器性能研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第9期51卷 198-205页

作者：罗伊默常亚银李念平湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

溶液除湿器因可被低品位热能驱动,且具有除湿效率高等优点而受到广泛关注,但其传质性能的预测准确度还有待提高.本文搭建了单通道内冷型溶液除湿实验平台,研究了不同参数对于除湿过程中传质性能的影响,同时,建立了基于MATLAB平台的人工... 详细信息

溶液除湿器因可被低品位热能驱动,且具有除湿效率高等优点而受到广泛关注,但其传质性能的预测准确度还有待提高.本文搭建了单通道内冷型溶液除湿实验平台,研究了不同参数对于除湿过程中传质性能的影响,同时,建立了基于MATLAB平台的人工神经网络(ANN)模型用于预测传质性能,并用上述实验数据对该ANN模型进行了验证.结果表明,ANN模型预测得出的Sh与实验Sh平均绝对相对偏差(MARD)为4.07%.与现有经验公式相比,建立的ANN模型预测精度更高.此外,还利用ANN模型研究了不同参数变化下的Sh的变化趋势,从而分析不同参数对除湿性能的影响.

关键词：机器学习神经网络溶液除湿器参数化研究

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不同电池宽度半透明光伏窗天然采光分析

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太阳能学报 2022年第3期43卷 223-230页

作者：高静彭晋卿王韬宁薛鹏罗伊默 Eleanor SLee 湖南大学土木工程学院长沙410082 劳伦斯伯克利国家实验室伯克利94720 北京工业大学绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室北京100124

为了模拟不同太阳电池宽度对半透明光伏窗采光性能的影响,提出将非透光电池和透光玻璃间隙分开模拟的新方法,并使用实验数据验证新方法和模型的准确性。通过与实验结果的差异分析,采用新方法模拟所得到的照度和眩光可能性(DGP)的准确性... 详细信息

为了模拟不同太阳电池宽度对半透明光伏窗采光性能的影响,提出将非透光电池和透光玻璃间隙分开模拟的新方法,并使用实验数据验证新方法和模型的准确性。通过与实验结果的差异分析,采用新方法模拟所得到的照度和眩光可能性(DGP)的准确性均明显优于传统方法。采用新方法对太阳电池覆盖率相同但电池宽度分别为2.5、5.0以及7.5 mm的3种半透明光伏窗的天然采光特性进行模拟研究,并采用全天然采光时间百分比(DA)、有效天然采光照度(UDI)、天然光眩光指数(DGI)、眩光可能性(DGP)等指标对不同电池宽度光伏窗的采光和眩光性能进行对比分析。结果表明,随着电池宽度增加,室内平均DA和UDI逐渐减小,产生眩光的可能性增加,室内视觉舒适度下降。该文提出的方法使得研究不同电池宽度条件下半透明光伏窗的采光和眩光性能变为可能,且利用该方法得出相同电池覆盖率下最佳的电池宽度。

关键词：太阳电池采光模拟眩光光伏窗视觉舒适度

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水合盐热化学反应器多因素耦合作用下的性能研究

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储能科学与技术 2024年第12期13卷 4396-4405页

作者：王乐霄罗伊默王利明杨格桑湖南大学土木工程学院湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室湖南长沙410082

水合盐热化学储热技术具有储能密度高、长时储存热损小等特点,是缓解太阳能应用于建筑时供需不匹配的有效手段之一。其中水合盐热化学反应器的操作条件和结构对其性能影响很大,目前研究主要开展了单一因素的影响分析,分析不够深入且缺... 详细信息

水合盐热化学储热技术具有储能密度高、长时储存热损小等特点,是缓解太阳能应用于建筑时供需不匹配的有效手段之一。其中水合盐热化学反应器的操作条件和结构对其性能影响很大,目前研究主要开展了单一因素的影响分析,分析不够深入且缺乏对多因素耦合作用下反应器性能的研究。因此,本工作建立了一种水合盐储热反应器的动态仿真模型,并搭建实验平台开展了实验研究。与实验结果相比,脱/吸附过程反应器出口温度模拟值的平均绝对误差MAE和最大绝对误差MAXE分别为1.55/1.57℃和7.68/3.35℃,证明了该模型的准确性。利用以上模型,本工作系统分析了进口温湿度、质量流量及反应器体积等因素对反应器性能的影响,并采用多元线性回归分析了多因素耦合作用对反应器性能的影响。结果表明,进口温度是脱附反应最大温升、反应时间的主要影响因素,其影响系数分别为0.497和-3.04;进口相对湿度对吸附反应的影响最显著,增加进口相对湿度可提高反应最大温升,缩短反应时间;温度与湿度综合作用对反应影响最大,远超两因素的单独作用,且它们对反应时间的影响大于最大温升。此外,温度、湿度和体积的综合影响也较大,对吸附反应时间的影响系数为0.0959,是其他因素综合作用的7~240倍。

关键词：热化学储热数值模拟影响因素多元线性回归

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办公建筑遮阳产品综合性能模拟与评价

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太阳能学报 2023年第1期44卷 536-542页

作者：温彩凤彭晋卿谭羽桐薛鹏罗伊默吴雨朋湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082 北京工业大学绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室北京100124 诺丁汉大学工程学院建筑与建筑环境系诺丁汉999020

该文旨在探究卷帘对夏热冬冷地区办公建筑采光和能耗的综合影响并确定影响卷帘综合性能的关键参数。首先,选取影响卷帘性能的6个参数:太阳辐射透过率、太阳辐射反射率、红外透射率、外侧发射率、内侧发射率和导热系数;组合得到560种遮... 详细信息

该文旨在探究卷帘对夏热冬冷地区办公建筑采光和能耗的综合影响并确定影响卷帘综合性能的关键参数。首先,选取影响卷帘性能的6个参数:太阳辐射透过率、太阳辐射反射率、红外透射率、外侧发射率、内侧发射率和导热系数;组合得到560种遮阳产品,并利用EnergyPlus软件和Radiance软件对其进行全年动态能耗模拟和全年采光模拟;其次,通过调查问卷获得考虑办公建筑人员行为的遮阳时间表以及室内人员对眩光、自然采光和能耗的关注度占比;最后,综合考虑能耗、眩光和自然采光,创新性地提出综合性能指标(ED)对卷帘进行综合评价。基于该指标,确定影响卷帘性能的关键参数。研究结果表明,在夏热冬冷地区,太阳辐射透过率和太阳辐射反射率是影响卷帘综合性能的关键参数,当太阳辐射透过率在0.01~0.10范围内变化时,其对卷帘综合性能有积极影响。

关键词：办公建筑太阳辐射采光能耗分析遮阳产品综合性能指标

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新型一体化通风光伏屋顶结构优化和节能潜力研究

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太阳能学报 2023年第12期44卷 24-32页

作者：彭晋卿张强志周聪张松张凤军罗伊默湖南大学土木工程学院长沙410082 隆基绿能科技股份有限公司西安710100 森特士兴集团股份有限公司北京100176

该文提出一种新型一体化通风光伏屋顶。为优化该屋顶结构,建立该光伏屋顶的CFD模型,并通过实验验证模型的准确性。基于该CFD模型,探究散热通道高度H和组件间距D对光伏屋顶温度分布的影响。结果表明,增加H和D强化了光伏屋顶散热,有效提... 详细信息

该文提出一种新型一体化通风光伏屋顶。为优化该屋顶结构,建立该光伏屋顶的CFD模型,并通过实验验证模型的准确性。基于该CFD模型,探究散热通道高度H和组件间距D对光伏屋顶温度分布的影响。结果表明,增加H和D强化了光伏屋顶散热,有效提高了组件发电效率。综合考虑散热效果和结构可靠性等因素,该光伏屋顶的优化结构参数为H=50 mm,D=100 mm。进一步采用EnergyPlus模拟该光伏屋顶的传热特性和光伏产能特性。结果表明,在西安地区,与普通屋顶相比,新型光伏屋顶夏季得热量和冬季热损失分别降低了48.0%和27.1%,全年建筑节能潜力高达198.0 kWh/m2。

关键词：光伏屋顶节能 BAPV BIPV 结构优化热电性能

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基于分层控制策略采光实验的电致变色窗研究

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西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2021年第6期53卷 797-803页

作者：王崇敏彭晋卿罗伊默谭羽桐湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

以长沙市某办公室电致变色(EC)窗为研究对象:首先,基于采光实验研究了夏季EC窗调控方法与垂直立面太阳辐射强度的关系,并据此提出了EC窗分层控制策略;其次,结合EnergyPlus能耗模拟,分析了EC窗采取此分层控制策略的节能效果.研究结果表明... 详细信息

以长沙市某办公室电致变色(EC)窗为研究对象:首先,基于采光实验研究了夏季EC窗调控方法与垂直立面太阳辐射强度的关系,并据此提出了EC窗分层控制策略;其次,结合EnergyPlus能耗模拟,分析了EC窗采取此分层控制策略的节能效果.研究结果表明:当垂直立面太阳辐射强度不超过70 W/m^(2)时,EC窗处于透明态即可保证室内舒适的光环境,而随着垂直立面辐射强度增大,EC窗控制方式根据太阳直射光线入射位置而有所不同;当太阳直射光入射位置未在人眼视野内时,调整下层玻璃着色往往比调整中层玻璃着色更能有效控制室内眩光;太阳直射光从中下两层玻璃进入室内比仅从下层玻璃进入更容易使人产生视觉不适.此外,相比于普通玻璃窗和EC窗整体控制策略,EC窗夏季采取分层控制分别节约了48.21 kW·h空调能耗和17.6 kW·h照明能耗,总能耗则分别减少了20.4%和2.5%.研究成果可为EC窗在我国不同季节、不同气候条件下的EC玻璃窗的分层控制研究提供借鉴.

关键词： EC玻璃窗分层控制策略采光实验 DGP 天然采光

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水合盐热化学反应器参数优化与供暖应用案例分析

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储能科学与技术 2023年第12期12卷 3799-3807页

作者：葛继翔纪明希丁玉龙罗伊默王利明湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 英国伯明翰大学储能中心英国伯明翰B152TT

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存几乎无热损失等优点,对可再生能源高效利用具有重要意义。其中热化学反应器的设计和运行控制对水合盐热化学储热的性能十分关键,目前有关反应器的模拟通常采用多物理场仿真软件,无法开展... 详细信息

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存几乎无热损失等优点,对可再生能源高效利用具有重要意义。其中热化学反应器的设计和运行控制对水合盐热化学储热的性能十分关键,目前有关反应器的模拟通常采用多物理场仿真软件,无法开展动态工况下的长时间尺度研究。因此,本工作建立了热化学反应器动态仿真模型,并对模型进行了验证;利用该模型,对入口空气温度、水蒸气分压力、流速和反应器尺寸等因素对出口参数的影响进行了敏感性分析。结果表明,空气流速对响应时间、稳定输出时间和放热功率的影响较大,水蒸气分压力对温升有较大影响但对总放热量几乎没有影响。最后本工作以长沙某住宅建筑为例,在冬季典型日气象参数条件下开展了反应器放热供暖工况研究。与无控制策略相比,采用合适的控制策略可将反应器放热功率与热负荷之间的偏差从69.21%降低到9.89%,从而提高放热功率与热负荷的匹配度。本工作研究结果对热化学反应器的设计与控制策略的确定具有指导意义。

关键词：热化学储热水合盐动态数值模拟控制策略

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