太阳能烟囱 讲解
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• Bansal等人定性地分析了太阳能烟囱与风塔共同引 发的自然对流,结果预测出太阳能烟囱的效果在低 风速下较好。Bouchair对典型的空洞太阳能烟囱用 于室内时的自然对流过程进行了实验研究,研究发 现存在一个可以获得最大通风量的最佳太阳能烟囱 高度和空气通道的宽度的比值 研究得出:通风量 随着烟囱深度的增加而增加,但当烟囱的深度高度 之比达到0.4时,出口端会出现逆流现象,抑制通风 量的增加。Bouchair等在实验室条件下对太阳能烟 囱进行全尺寸的实验研究,其太阳能烟囱高度为2m, 宽度为4m,深度在0.1~1m之间变化,实验结果表 明:存在一个可以获得最大通风量的最佳宽度与高 度比,如果烟囱宽度过大,在通道中心存在空气回 流现象,当深高比超过0.15时,烟囱内的空气质量 流量开始降低,最佳深度高度之比为0.1。
太阳能烟囱出现在1967年,是由法国太阳 能实验室主任Felix Trombe教授提出的太阳 能吸热壁,被称为Trombe墙。
室内自然通风、 发电、 干燥、 抽取地下水。
太阳能集热墙 太阳能集热屋面
• 现以Trombe 墙体式结构为例简述太阳能烟囱 的工作原理,太阳辐射透过透明玻璃盖板进入 烟囱通道后被蓄热材料吸收,加热通道内的空 气,使之产生内外密度差,完成热压到风压的 转换,驱动通道内空气向上流动。夏季时室内 空气由集热墙下部进入太阳能烟囱通道,被吸 收太阳辐射的集热墙加热温度升高、密度降低 后从上部出口排出至室外,以此达到通风效果。 冬季工作原理与夏季相同但运行工况相反,室 外冷空气进入太阳能烟囱通道,经集热墙加热 温度升高后,从集热墙上部入口进入室内,从 而达到通风换气以及供暖的目的
如何提高其通风效率?
太阳能烟囱的结构形式、 空气通道宽度、 进口面积、出口面积、 壁面热流、 太阳辐射强度、
烟囱的高度和深度(玻璃盖板与集热墙的 间距)对建筑物所形成的速度场、温度场
目前有关利用太阳能烟囱强化自然通风的 研究主要集中于烟囱的高度和深度以及进 口面积的优化,通过实验研究和理论模拟 得到最大气体流速条件下对应的结构参数。
①单个侧面受太阳辐射热,出风口开在受热面一侧的自然通风方式;
②单个侧面受太阳辐射热,出风口开在非受热面一侧的自然通风方式;
③两相邻侧面受太阳辐射热,出风口开在受热面一侧的自然通风方式;
④两相邻侧面受太阳辐射热,出风口开在非受热面一侧的自然通风方式。
则受热面和出风口位置的变化对应四种自然通风方式,对于每一种自然通风 方式,依次研究受热面温度TW,烟囱高度H,长度L,宽度B,出风口与进风 口面积之比Ar对通风量的影响,以便找到太阳能烟囱通风量的变化规律。作 者通过建立实际模型加以分析,得出了如下结论:
• 一般是指太阳光的辐射能量,在现代一般 用作发电。自地球形成生物就主要以太阳 提供的热和光生存,而自古人类也懂得以 阳光晒干物件,并作为保存食物的方法, 如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下, 才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利 用有被动式利用(光热转换)和光电转换 两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生 能源。广义上的太阳能是地球上许多能量 的来源,如风能、化学能、水的势能等等。
对于Trombe墙体式太阳能烟囱,高度应大于1m,最佳的 结构尺寸为空气通道宽度与高度比约为1/10;进出口宽度 应大于0.1m,进出口宽度与高度比约为3/20。
2004年,赵平歌对太阳能烟囱自然通风模型进行了数值模拟研究,分析了太 阳能烟囱在多种情况下的气流的温度场和速度场分布,从而得到通风量与烟 囱的高度、进风口面积、出风口面积的关系。文章中根据受热侧面的位置、 数量变化和出风口位置变化,将其分为四种自然通风方式:
太阳能烟囱作为一种被动的太阳能利用方 式,由于不需要消耗电能和其他化石能源, 成为太阳能利用领域的热点。其实,太阳 能烟囱的技术很早就被人们利用。太阳能 烟囱作为通风装置至少在16 世纪意大利就 出现了,被成为“Scirocco rooms”
我国传统建筑中的四合院,庭院细高的天 井等都是利用烟囱效应来通风、降温、排 烟的典型,从某种意义上来说,这些建筑 己经包含了太阳能烟囱设计的思想、
现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用 其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用 适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可 利用太阳的光和热能,方法是在设计时加 入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使 用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。
建筑
利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中 应用太阳能供暖、制冷,可节省大量电力、 煤炭等能源,而且不污染环境,在年日照 时间长、空气洁净度高、阳光充足而缺乏 其他能源的地区,采用太阳能供暖、制冷, 尤为有利。目前太阳能建筑还存在投资大, 回收年限长等问题。
太阳能光伏 太阳能光热
• 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的 发电装置, 太阳能利用
• 由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的固体光 伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间 操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手 表以及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房 屋提供照明,并入电网供电。光伏板组件可以制成 不同形状,而组件又可连接,以产生更多电能。近 年,天台及建筑物表面均可使用光伏板组件,甚至 被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏 设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
2003年,王丽萍利用实验模拟主要分析了Trombe墙体式 太阳能烟囱的特性,得出:
太阳能烟囱的通风量随着太阳辐射强度和烟囱高度的增加 明显增加。
对于Trombe墙体式太阳能烟囱,存在可以得到最大通风 量的空气通道宽度与太阳能烟囱高度最佳比值,这个比值 与进口设计有关,近似的可以认为在大多数情况下,太阳 能烟囱的最佳空气通道宽度等于太阳能烟囱高度的1/10。 并且从数值结果可以看出,获得最大通风量的太阳能烟囱 的最佳空气通道宽度在0.2-0.3m之间。