光伏热电建筑一体化墙体环境自适应性研究

本项目将太阳能光伏发电方阵、热电式热泵与建筑有机结合，构建一种能巧妙利用并顺应自然环境条件变化的环境自适应型光伏-热电-建筑一体化(BIPVTE)墙体系统，通过对太阳能的分波段光电光热梯次利用实现热/冷量从室外环境向室内的转移，解决目前建筑围护结构耗热的难题，实现墙体自保温和隔热的同时提高室内热舒适，间接降低空调能耗。.为实时认识与控制BIPVTE墙体系统的环境自适应性，本项目将BIPVTE墙体和室内房间耦合作为一个封闭系统，利用理论分析、模拟计算和实验相结合的方法，开展BIPVTE墙体系统中太阳能光电光热与热电热泵制热/冷量、室内得/失热量之间能量协同转换利用机理、关键过程与系统优化集成等方面的研究，给出一套BIPVTE墙体系统动态模型描述、基本计算与分析方法，获得第一手研究设计经验和数据，为建筑节能研究提供一种新途径。

本项目将太阳能光伏发电方阵、热电式热泵与建筑有机结合，构建一种光伏-热电-建筑一体化(BIPVTE)墙体系统,实现墙体主动利用太阳能控制墙体热流的目的。利用理论分析、模拟计算和实验相结合的方法，开展BIPVTE墙体系统中太阳能光电光热转化与热电热泵制热（冷）、室内得热之间协同转换利用机理、关键过程与系统优化集成等方面的研究。核心研究内容包括：热电热泵热力学优化，太阳能光伏电池与热电热泵能量匹配优化，光伏热电建筑一体化(BIPVTE)墙体实验研究，BIPVTE一体化墙体系统的模型建立以及BIPVTE一体化墙体的优化研究。. 本项目首先对热泵制冷系统进行了热力学优化分析计算，建立了热电制冷稳态系统的热力学模型,并利用该模型分析了工作电流、传热热阻、冷热端介质温度、冷热端散热器面积分配比等参数变化对系统性能影响，以及各性能参数之间的相互制约关系,给出了热电制冷在不同工况下的最佳工作电流和冷热端散热器面积分配比。在此基础上，对太阳能光伏电池与热电热泵能量匹配与转换过程进行理论分析，特别是光伏发电与热电热泵电压、电流值供需优化匹配研究，为光伏热电系统设计提供理论依据。. 在理论研究的基础上，建立了BIPVTE墙体实验平台，分别对太阳能电池板倾斜角度、太阳辐照度和热电芯片连接方式等因素对BIPVTE墙体系统性能的影响进行了实验研究，并对BIPVTE墙体的性能与传统墙体进行了对比实验。实验结果表明BIPVTE墙体不仅能消除传统墙体负荷，而且在夏季能够为室内提供一定的制冷能力，在冬季能为室内提供一定的制热能力。在夏季，BIPVTE墙体制冷效率可达 7.1%，在冬季，BIPVTE墙体制热系数达到2.3,对太阳能的利用效率可达到34.2%。实验测试得到了不同条件下的墙体工况数据，为墙体系统的模拟优化提供了基础数据。. 在上述理论分析和实验研究的基础上，分别建立了热电制冷/热模型、光伏电池模型、散热通道内流体流动传热模型，并将上述三个模型耦合建立BIPVTE墙体模型，并利用实验数据对模型进行了验证，对BIPVTE一体化墙体系统在不同光伏电池与热电片之间连接方式、不同工作电流和不同太阳辐照下的性能进行了优化分析，同时对系统的可行性、经济性进行了分析。