与建筑一体化的太阳能光伏光热及蒸发冷却复合系统关键问题研究

The traditional building integrated solar energy system has a shortcoming of function singleness. This project integrates the photovoltaic/thermal (PV/T) technology with the building ventilation technology and the evaporative cooling technology, and puts forward the concept of building integrated photovoltaic/thermal and evaporative cooling (BIPV/T-EC) system. The BIPV/T-EC system can supply the building with cooling, hot water and electricity when it absorbs the solar radiation. The BIPV/T-EC system uses the organic refrigerant as the heat medium of the PV/T collector, and the PV cells are cooled by the evaporating of the refrigerant, hence the PV efficiency can be improved. Furthermore, by combining the building ventilation device with the evaporative cooler to provide the cooling, the cooling load of the room can be effectively reduced and the indoor condition can be improved as well. This project will take researches on the following aspects: ① Flow and heat transfer mechanism of the working fluid; ② Evaporative cooling characteristics of the water; ③ Total performances of the BIPV/T-EC system; ④ The influence of the system on the thermal comfort of building and the building energy consumption. These investigations will give guidance for the practical application of this technology.

本项目针对传统太阳能建筑一体化技术存在功能单一的特点，将太阳能光伏光热综合利用技术、建筑通风技术和蒸发冷却技术有机结合，提出与建筑一体化的太阳能光伏光热及蒸发冷却复合（BIPV/T-EC）系统的思想。BIPV/T-EC系统以太阳辐照为驱动热源，具有夏季供冷、全年制取热水及提供光伏电力等功能。在BIPV/T-EC系统中，由于以低沸点的有机工质作为光伏光热模块的传热介质，工质蒸发吸热，可以有效冷却光伏电池，提高其光电效率；此外，系统采用建筑通风与蒸发冷却相结合的方法，并通过对流和辐射共同作用的传热方式，可以大幅降低建筑冷负荷，有效改善室内环境（空气质量和热舒适度）。本项目结合BIPV/T-EC系统运行特性，采用理论模拟和实验分析相结合的方法，对系统内部工作流体流动传热机理、水雾蒸发冷却特性、系统综合性能以及系统运行对建筑室内热环境及建筑综合能耗的影响进行研究，为该技术的工程应用提供指导性建议。

本项目针对与建筑一体化的太阳能光伏光热及蒸发冷却复合系统的关键问题进行研究。展开了对建筑太阳能光伏光热模块及系统研究，改进了光伏光热模块的加工制作方法，并对建筑太阳能光伏光热系统的光电、光热性能进行实验研究，获得相关关键实验数据，同时与单独的太阳能热水系统、太阳能光伏系统的进行对比分析，分析它们在光电、光热及综合性能上的差异；另外，本项目还对太阳能光伏光热系统在分别采用光伏直驱和恒定功率水泵驱动方式时的性能进行实验对比研究，获得了相关数据，为优化系统的水循环驱动方式提供建议。建立了光伏光热系统的理论模型，对系统进行模拟计算，并分析及优化系统的结构参数及运行方式；针对光伏光热模块在建筑上的两种不同安装方式时系统的光电、光热性能进行模拟计算及比较分析，并给出了建议，在此基础上，进一步对该系统分别在香港、拉萨、上海以及北京等四个我国典型气候地区的建筑上应用时的性能进行全年模拟计算，获得了全年运行性能数据，为太阳能光伏光热模块的建筑应用提供有用参考数据。展开了对水雾蒸发冷却过程机理的研究，建立了水雾蒸发冷却的理论模型，研究了液滴直径、空气相对湿度、气液体积流量比等参数对蒸发冷却性能的影响，获得相关的优化方法，并在此基础上，进一步分析水雾蒸发冷却对室内房间冷负荷的影响。为太阳能光伏光热及蒸发冷却复合系统在建筑上的应用提供有用且可靠的参考数据。