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技术为太阳能与建筑一体化保驾护航

作者: admin 来源: 未知 时间:2016-12-08

 

当前,建筑节能已成为我国节能战略的必然选择,太阳能与建筑一体化推广势在必行。太阳能与建筑一体化,是将太阳能利用设施与建筑有机结合,利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层,既消除了太阳能对建筑物形象的影响,又避免了重复投资,降低了成本。太阳能与建筑一体化优点在于把建筑、技术和美学融为一体,太阳能设施成为建筑的一部分,取代了传统太阳能结构所造成的对建筑外观的影响。

目前很多专家认为,由于建筑行业对太阳能系统缺乏了解,建筑设计部门往往没有深入介入太阳能热水系统的设计,对太阳能热水器在不同气候条件、不同季节的热水产量没有掌握可靠的技术依据。而另一方面,太阳能行业技术研发力量比较薄弱,有限的资源投放在产品的更新换代和市场竞争上,缺乏太阳能与建筑一体化的技术研究。尽快开发出与建筑结合比较好的太阳能产品系统变得尤为重要。

新技术促进集热模块光热转化

中国科学技术大学工程科学学院副院长季杰和他的团队,致力于太阳能建筑一体化的研究,在材料、外观、内部结构、建筑接口技术以及制造工艺上都有突破和创新。通过采用选择性涂层、集热模块内部结构(采用H型L型翅片、双流道、孔板结构等),实现结构参数的优化设计,大大提高了太阳能集热模块的光热转化效率。在光伏光热模块的研制中,他们创新了光伏电池和金属集热板的激光焊接工艺,解决了金属导热基板和电池的层压技术中的选材、焊接、应力变形等方面的问题。太阳能集热模块采用构件化和接口设计,改善集热模块的外观,解决了在建筑设计建造中难以采用和匹配的问题。他们建立了太阳能集热模块的数值模拟方法,为技术推广应用中的建筑节能评估提供了依据。

如何解决太阳能空气集热模块与建筑围护结构的一体化及同寿命问题?太阳能基于空气集热、热压通风原理的被动采暖、降温模块及技术研究尤为重要。季杰和他的团队通过不懈的努力,申请发明和实用新型专利20项,研发出多功能平板集热器、整板型管板式光伏热水模块、自然通风型太阳能光伏窗等,可以使建筑模块的集热性能在符合国家集热器的相关标准的前提下,满足新建或既有建筑围护结构的各项性能指标,并为建筑中的太阳能复合能量系统提供能源供应,使用寿命大于等于20年。建筑采用之后可提高建筑节能指标30%以上,新增投资不多于建筑总投资的10%。

设备创新推动了平板集热器发展

季杰和他的团队研发取得的创新突破包括新型被动采暖空气集热装置、高效太阳能空气集热器、新型孔板型太阳能建筑模块、空气集热器中高温测试平台。他们研制了多种新型被动采暖空气集热装置,包括PV-Trombe、双效集热器和百叶式Trombe系统。该装置充分利用墙体围护面积,实现多功能化,并改善Trombe墙的外观,以促进太阳能被动采暖的大面积应用,实现了模块化、结构优化、多功能化。除了被动采暖,该装置系统的不同形式还分别具有太阳能发电、非采暖期制热水和被动冷却的功能,从而进一步减少了建筑能耗,提高了系统的全年利用率。

由于空气的密度、比热较小,对流换热系数低,平板太阳能集热器普遍存在效率低、升温困难的问题。而他们所研发的高效太阳能空气集热器采用了双空气管道、H型或L型集热结构和吸热板表面镀选择性吸收材料的新技术。这种新型的太阳能空气集热器不仅具有高效的太阳能转化效率,而且保持了成本低廉的特点。

传统太阳能空气集热装置存在室内升温非常慢的问题。他们所研制的新型孔板型太阳能集热器在流道中引入孔板结构,改善了空气流动的性质,促进了对流换热,提高了太阳能集热效率,并提出了优化的运行控制策略,即通过对太阳能集热建筑模块中空气流量的调节,控制热输送方式,达到提升室内温度的最佳工作效率。

通过优化风机设计,空气集热器中高温测试平台实现了在最高进口温度150摄氏度、最大流量150立方米/小时、引风机最大风压5000帕的设计要求下,保证空气流量精度控制;设计开发出适合中高温热空气介质的恒温电加热器,同时保证静压稳流的单元设备,实现了气流均匀性控制。

季杰和他的团队所研发的太阳能集热模块和构件在东北、西南等地区的建筑中进行了实验研究,建立了两条年生产能力120万平方米的高效平板集热器生产线。对于未来的推广应用,他们认为,还需要深入与建筑设计和建设单位进行交流,进一步做好太阳能集热模块和建筑接口技术开发。 

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