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土木建筑与环境工程 2014年第5期36卷 23-28页

作者：徐小炜苏亚欣东华大学环境学院上海201620

提出了一种新的内置式pv-trombe墙模型,并通过CFD方法对自然通风进行了数值模拟。分析了太阳辐射和流道宽度对气流模式和通风量的影响。结果表明,太阳辐射、流道宽度和高度对通风量的影响非常明显。通风量随太阳辐射强度和高度的增加而... 详细信息

提出了一种新的内置式pv-trombe墙模型,并通过CFD方法对自然通风进行了数值模拟。分析了太阳辐射和流道宽度对气流模式和通风量的影响。结果表明,太阳辐射、流道宽度和高度对通风量的影响非常明显。通风量随太阳辐射强度和高度的增加而增大。当流道宽度从0.1m增加到0.4m时,通风量呈单调递增趋势,然而当宽度增加到0.5m时,流道顶部区域的空气出现回流并且通风量开始减小。对于3m高的模型,最大通风量出现在流道宽度等于0.4m时。流道宽度是影响流道内空气自然对流的流动形态的主要因素,当流道宽度尺寸在0.1~0.4m之间时,流道内的空气为层流热分层流动。当宽度超过0.5m后,流道上部区域出现的回流使得热分层流动消失,空气从层流向湍流转变。

关键词：自然通风内置式pv-trombe墙 CFD模拟

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内置式pv-trombe墙对室内通风特征性的影响

内置式PV-Trombe墙对室内通风特征性的影响

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作者：朱琦彬东华大学

学位级别：硕士

目前,我国的建筑能耗大约占到社会总能耗的35%,其中供热、通风和空调的能耗几乎占据建筑总能耗的一半。太阳能是清洁的可再生能源,太阳能与建筑一体化对于降低建筑能耗具有重要意义。本文所研究的新型内置式pv-trombe墙,即将光伏电池板... 详细信息

目前,我国的建筑能耗大约占到社会总能耗的35%,其中供热、通风和空调的能耗几乎占据建筑总能耗的一半。太阳能是清洁的可再生能源,太阳能与建筑一体化对于降低建筑能耗具有重要意义。本文所研究的新型内置式pv-trombe墙,即将光伏电池板贴在建筑墙体外表面,是对已有pv-trombe墙的技术改进,该结构可同时实现太阳能的光热、光电利用,对于建筑的通风/供暖-发电联供具有重要的工程应用价值和学术研究的参考价值。本文采用计算流体力学(CFD)方法对带内置式pv-trombe墙的室内房间的自然通风特性进行了数值研究。选用上海地区冬季一个典型房间(3.5m×3m×2.8m)为研究模型,太阳能烟囱设置于房间南部,烟囱通道宽度0.2m,垂直高度2.3-2.7m。文中选用Realizable k-ε湍流模型、DO辐射模型及SIMPLEC算法对流场和温度场进行计算。首先采用本文数值模型对文献中实验对象进行模拟,计算结果与实验结果吻合良好,证明本文采用的研究方法是可行的。文中模拟计算了内置式pv-trombe墙房间内部的流场、压力场、温度场,讨论了建筑结构参数对自然通风特性的影响规律和形成机理,主要结论如下：(1)通过室内整体温度,速度分布的对比,认为内置式pv-trombe墙系统对促进室内自然通风效果最为理想,对太阳能的利用效率更高。与普通trombe墙系统相比,内置式pv-trombe墙系统室内平均温度提高了约2℃左右,同时室内通风量增加了11%。pv-trombe墙由于对太阳辐射有一定的遮挡,对室内温度的提升相比效果最差。(2)内置式pv-trombe墙出口高度的增加会提高室内通风量与平均风速,但在出口高度大于2.5m后室内通风量与平均风速开始下降。室内平均温度随着烟囱出风口高度的增加而增加,当出口高度大于2.5m时,室内平均温度增加明显。(3)内置式pv-trombe墙进出口尺寸的增加会提高室内通风量与平均风速,随着烟囱进出风口尺寸的增加,室内平均风速、通风量不断增加。室内平均温度则随烟囱进出风口尺寸的增加而逐渐增加,进出风口尺寸越大,对室内平均温度的提高越明显。(4)内置式pv-trombe墙进出口径深的增加对提高室内通风量与平均温度的影响不大,不同进出口径深下水平断面的平均速度有略微的差别,在室内高度Y>2m处,径深越小的出风口水平断面上的平均速度提升的越明显,但整体上可认为不同进出口径深的变化对室内流场分布没有产生大的影响。

关键词：内置式pv-trombe墙 CFD模拟烟囱结构对流换热

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内置式pv-trombe墙空气流动与传热的数值模拟

内置式PV-Trombe墙空气流动与传热的数值模拟

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作者：徐小炜东华大学

学位级别：硕士

绿色建筑技术利用新能源和可再生能源进行供暖通风和空气调节,具有节能环保的优点,是近年来国内外的研究热点课题。trombe墙是一种利用太阳能进行供暖和通风的建筑节能技术。pv-trombe墙则通过把太阳能电池贴于trombe墙玻璃盖板,从而实... 详细信息

绿色建筑技术利用新能源和可再生能源进行供暖通风和空气调节,具有节能环保的优点,是近年来国内外的研究热点课题。trombe墙是一种利用太阳能进行供暖和通风的建筑节能技术。pv-trombe墙则通过把太阳能电池贴于trombe墙玻璃盖板,从而实现了发电和供暖、通风的联供。然而太阳能电池阻碍了太阳辐射进入trombe墙流道内部,从得热率的角度看,trombe墙的太阳能利用效率将降低。为了更好地利用太阳能,本文提出了一种新型内置式pv-trombe墙,它将光伏电池贴在trombe墙的集热墙表面,太阳辐射完全穿过玻璃盖板进入trombe墙内,并被集热墙表面的光伏电池和通道内的空气所吸收。其中,一部分太阳能被转换成电能,其余部分则用于加热通道内的空气,实现建筑采暖、通风和发电等功能。本文以水平进口内置式pv-trombe墙为研究对象,基于计算流体力学原理,运用FLUENT软件对模型流道内的空气流动情况和对流换热特点进行了模拟研究。采用rNG κ-ε湍流模型、DO辐射模型以及SIMPLEC算法对温度场和流场进行计算,得到了流道内空气温度、压力和速度分布的详细结果。文中探讨了太阳辐射和结构尺寸对模型通风和传热性能的影响,分析了流道内部空气的温度、速度、流态、局部换热系数和质量流量以及模型热电性能的变化情况。通过对各变量进行量纲分析,引入无量纲准则数Nu数、Re数、Ra*数和热效率ηth等,基于最小二乘法原理,对各无量纲数进行线性拟合分析,得到了表征内置式pv-trombe墙通风传热性能的拟合关联式。通过本文研究,得到以下主要结论：(1)流道内部空气沿着宽度方向,温度与速度分布并不是均匀一致。在玻璃盖板和光伏电池的近壁处,存在明显的温度和速度边界层,边界层厚度随着太阳辐射的增强而增大,边界层内温度梯度和速度梯度较大,而远离壁面的主流区,温度和速度变化较为平缓。(2)空气在竖直流道内流动属于有限空间自然对流,其流态可以用以流道宽度b为特征尺寸的Ra*数来判断。通过流线图和理论分析可知,空气的流态随着太阳辐射和高度的增加变化较小,而宽度才是影响流道内空气流动状态的关键参数。(3)流道内空气的局部对流换热系数分布存在入口段和充分发展段两个区段;太阳辐射和模型高度的增加有助于提高模型的通风性能,而空气质量流量随着宽度的增加却出现先增大然后逐渐减小的情况;空气在流道内流动产生的回流会增强局部对流换热系数,却会阻碍空气流动,降低模型通风性能。(4) 已经定义出表征模型的平均对流传热系数Nu数、表征模型通风量大小的Re数、表征模型结构尺寸和壁面热流密度变化的Ra*数以及热效率ηth,并通过线性拟合方法得到各无量纲数之间的通用幂函数关联式,为模型计算和工程应用提供参考。

关键词：内置式pv-trombe墙 CFD模拟空气流动对流传热线性拟合

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宽度对内置式pv-trombe墙内通风与换热影响的数值研究

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太阳能学报 2015年第7期36卷 1710-1716页

作者：雷菲宁苏亚欣徐小炜东华大学环境科学与工程学院上海201620

提出一种内置式pv-trombe墙结构,并运用CFD技术对垂直入口内置式pv-trombe墙在宽度变化时的自然通风和对流换热进行数值模拟。结果表明,烟囱内气流的温度与速度沿着烟囱通道宽度的方向变化很不均匀。在太阳电池表面存在一个空气温度和... 详细信息

提出一种内置式pv-trombe墙结构,并运用CFD技术对垂直入口内置式pv-trombe墙在宽度变化时的自然通风和对流换热进行数值模拟。结果表明,烟囱内气流的温度与速度沿着烟囱通道宽度的方向变化很不均匀。在太阳电池表面存在一个空气温度和速度边界层,使得局部的温度梯度和速度梯度较大。烟囱的通风量随着宽度的增加先逐渐增加到一个极大值,然后随宽度的继续增加而减小。对于该文模型,获得最大通风量的最佳的烟囱的宽度与高度的比为(d/H)_(opt)=1/5。随着宽度的增加,烟囱的自然对流换热增强,空气对电池表面的冷却效果得到改善,因而pv的发电效率略有增加。对多组条件下的计算结果进行多元线性拟合,得到表征通风量与传热特性的无量纲参数Nu数、Re数随Ra*变化的拟合公式,为自然通风设计提供依据。

关键词：自然通风内置式pv-trombe墙传热数值模拟

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内置式pv-trombe墙对室内通风特性的影响

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建筑热能通风空调 2015年第5期34卷 80-82,90页

作者：朱琦彬苏亚欣东华大学环境科学与工程学院

在原有的pv-Tombe模型基础上提出了一种新的内置式pv-trombe墙模型,并通过CFD方法,对三种Tombe墙房间内空气流动效果进行数值模拟和分析,得出室内温度、流速等空气流动分布规律。结果表明,内置式pv-trombe墙对太阳辐射的吸收优于普通Tro... 详细信息

在原有的pv-Tombe模型基础上提出了一种新的内置式pv-trombe墙模型,并通过CFD方法,对三种Tombe墙房间内空气流动效果进行数值模拟和分析,得出室内温度、流速等空气流动分布规律。结果表明,内置式pv-trombe墙对太阳辐射的吸收优于普通trombe墙和pv-trombe墙,带有内置式pv-trombe墙的房间室内平均温度较pv-trombe房间和普通trombe墙房间都要高,空气通道体积流量也有明显提高。

关键词：自然通风内置式pv-trombe墙 CFD模拟

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内置式pv-trombe墙通风传热性能的数值模拟和分析

内置式PV-Trombe墙通风传热性能的数值模拟和分析

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高等学校工程热物理第十届全国学术会议

作者：徐小炜雷菲宁苏亚欣东华大学环境科学与工程学院

提出了一种光伏电池内置式的新型trombe墙结构,建立该新型结构的简化模型并利用CFD方法进行模拟研究。对数值计算结果进行总结,归纳出模型尺寸和太阳辐射强度等参数对模型通风和传热性能影响的一般规律。无量纲数Nu数、Re数和Ra数用来... 详细信息

提出了一种光伏电池内置式的新型trombe墙结构,建立该新型结构的简化模型并利用CFD方法进行模拟研究。对数值计算结果进行总结,归纳出模型尺寸和太阳辐射强度等参数对模型通风和传热性能影响的一般规律。无量纲数Nu数、Re数和Ra数用来表示这些变量,并利用线性回归分析得出三个无量纲数之间的关系式。

关键词：太阳能烟囱光伏电池内置式pv-trombe墙通风传热无量纲数Nu、Re、Ra

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结构参数对内置式pv-trombe墙内换热特性影响

结构参数对内置式PV-Trombe墙内换热特性影响

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高等学校工程热物理第十届全国学术会议

作者：雷菲宁徐小炜苏亚欣东华大学环境科学与工程学院

提出了一种内置式pv-trombe墙结构,并运用CFD技术对垂直入口内置式pv-trombe墙在宽度变化时的自然通风和对流换热进行数值模拟。结果表明,在同一宽度时,烟囱内的对流换热在入口处较大,随着烟囱高度的增加,对流换热逐渐减小最后趋于平缓... 详细信息

提出了一种内置式pv-trombe墙结构,并运用CFD技术对垂直入口内置式pv-trombe墙在宽度变化时的自然通风和对流换热进行数值模拟。结果表明,在同一宽度时,烟囱内的对流换热在入口处较大,随着烟囱高度的增加,对流换热逐渐减小最后趋于平缓。对于不同的宽度,随着宽度的增加,烟囱内的对流换热逐渐增大,而自然通风量先增大后减小,对于本文模型,存在一个获得最大通风量的最佳的烟囱设计宽度。在此基础上,对反映对流换热及自然通风的无量纲参数进行分析,使用最小二乘法得出内置式pv-trombe墙在自然通风设计时的无量纲关系式,以指导工程实践应用。

关键词：自然通风内置式pv-trombe墙传热 CFD

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三种pv-trombe墙的综合性能对比研究

三种PV-Trombe墙的综合性能对比研究

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作者：马杨中国科学技术大学

学位级别：硕士

世界经济的快速发展,地球上的化石能源急剧减少,环境问题日益严重,可再生能源的利用、研究和发展迫在眉睫。太阳能是一种分布广、清洁和使用简便且取之不尽用之不竭的新能源,成为当下化石能源减少后重要的替代能源。考虑太阳能能流密度... 详细信息

世界经济的快速发展,地球上的化石能源急剧减少,环境问题日益严重,可再生能源的利用、研究和发展迫在眉睫。太阳能是一种分布广、清洁和使用简便且取之不尽用之不竭的新能源,成为当下化石能源减少后重要的替代能源。考虑太阳能能流密度低,分散性强的不利条件,太阳能与建筑结合是太阳能利用的一个直接方式。pv-trombe墙是一种将传统的建筑采暖结构trombe墙与太阳能光伏电池结合的新型多功能的结构,实现采暖通风的功能同时可以为生产生活提供电力。传统trombe墙具有功能单一和美观性较差的缺点。光伏电池组件吸收太阳辐照后的光电转换效率为0.10-0.16,超过80%的入射能量转化为热量,散失到环境空气之中,提高光伏电池的工作温度。本文将传统trombe墙与光伏电池组件结合一起,根据光伏电池层压位置的不同,设计制作三种pv-trombe墙结构,分别是:外置式pv-trombe墙、中置式pv-trombe墙和内置式pv-trombe墙。外置式pv-trombe墙是将光伏电池层压于trombe墙的玻璃盖板;内置式pv-trombe墙与中置式pv-trombe墙均是将光伏电池与trombe墙的吸热板进行结合,内置式pv-trombe墙的光伏吸热板位于空气流道里侧,太阳辐射穿过玻璃盖板进入trombe墙内,被光伏组件吸收,一部分能量转换成电能,其余的加热空气流道内空气;中置式pv-trombe墙的光伏吸热极位于空气流道外侧,玻璃盖板与光伏吸热板形成密封的空腔。三种pv-trombe各有自身优缺点,外置式pv-trombe墙的光伏电池层压于玻璃盖板之上,阻挡大部分阳光进入结构内部,光伏电池产生热量大部分散失到环境中而无法加以利用。内置式pv-trombe墙的光伏电池层压在内部的集热板上,边框阴影对光伏电池的效率影响明显,光伏组件的工作温度较高降低其光电效率。针对上两者的优缺点,提出中置式pv-trombe墙,可以克服光伏电池产生热量散失环境空气中的缺点和减轻边框阴影对光伏电池的负影响。本文参考已有文献,设计合理的三种pv-trombe墙的结构尺寸,将三种结构两两同时在实验热箱中分别在冬季与夏季进行实验研究它们的电性能与热性能。实验的测试结果显示,三种pv-trombe墙对房间采暖都有明显的效果,相比于外置式pv-trombe墙的采暖效果,内置式pv-trombe墙与中置式pv-trombe墙对室内供暖效果更为优越。外置式pv-trombe墙与内置式pv-trombe墙在冬季的实验中的集热效率最大值分别为0.37和0.43,它们的上下风口温差最高可分别达到13.5℃、14.9℃,带有内置式pv-trombe墙的房间平均温度比带有外置式pv-trombe墙的平均温度高1.5℃,外置式pv-trombe墙与内置式pv-trombe墙的光伏组件的电效率分别在0.13-0.15和0.09-0.12之间;夏季的七天的实验中,带有内置式pv-trombe墙的房间与带有外置式pv-trombe墙的房间平均温度分为37.4℃、36.9℃,内置式pv-trombe墙的发电效率维持在10%左右,外置式pv-trombe墙的发电效率在13%-15%之间。外置式pv-trombe墙与中置式pv-trombe墙的对比实验中,两者热效率最高值分别可达到0.43、0.35,测试期间带有中置式pv-trombe墙的房间与带有外置式pv-trombe墙的房间的最高温度值分别为26.7℃、26.5℃。在三天实验数据中,中置式pv-trombe墙流道的平均温度的最大值是25.7℃、27.5℃、29.5℃,外置式pv-trombe墙的流道平均温度的最大值分别是29.3℃、29.5℃和31.4℃。外置式pv-trombe墙的电效率在0.14～0.16之间,中置式pv-trombe墙的电效率处于0.12～0.13,两者的电效率有明显的差别。从全天的PMV值平均值看,外置式pv-trombe墙的热舒适性较差,另外两种pv-trombe墙给房间带来的热舒适性相似。选择外置式pv-trombe墙的光电效率拟合了电池效率与太阳能电池的工作温度之间关系公式。当太阳电池的平均工作温度为25℃时,太阳电池模块的工作效率为15.8%,斜率为0.0047,并通过该公式分析边框阴影对内置式pv-trombe墙的光伏电池发电效率的影响。

关键词： pv-trombe墙内置式pv-trombe墙中置式pv-trombe墙太阳能采暖光伏发电

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