基于平板热管阵列的热激活主动保温墙体实验研究

针对太阳能等低温热源的被动传输与建筑利用问题,提出一种基于平板热管阵列的热激活主动保温墙体,测试热管倾角与热源温度对其能量传输性能影响,对比热激活主动保温墙体与普通节能墙体热工性能差异。结果表明:蒸发段施加低温模拟热源后,热管实测有效导热系数为4400~35400 W/(m·℃);主动保温情景下可降低热管倾角以提升有效导热系数,辅助功能情景下可提升倾角以达类似目的;低温热源注入可显著提升墙体热工性能,热源温度为25、35℃时,墙体实测U值由基准值0.50 W/(m^(2)·℃)分别降至0.19和-0.08 W/(m^(2)·℃)。

既有建筑嵌管式相变复合墙体夏季热特性研究

管道嵌入式建筑围护结构作为一种重质热激活建筑系统(TABS),由于其管道内嵌于建筑围护结构内部,故目前在既有建筑改造中应用较少.本文提出了管道嵌入式相变复合墙体(PEPCW)的概念,其主要利用基于宏观封装的嵌管式相变板代替传统嵌管夹层,并将嵌管夹层移至承重层外侧,为解决既有建筑改造中应用这一技术提供了创新解决思路.本文利用经实验验证的数学模型评估了PEPCW的夏季热性能和节能潜力,结果表明,复合墙体内表面温度和热流可分别降低1.1℃和9.9 W·m^(-2).参数化模拟结果表明,管道间距相比相变夹层厚度对复合墙体热性能影响更为明显,所研究条件下的管道间距和相变层厚度建议取值为300/30 mm.通过对三个不同气候分区的典型城市(即天津、南京和广州)开展的应用评估结果还表明,PEPCW在改善室内热舒适度方面可以取得令人满意的效果,尤其是在夏热冬暖地区.此外,应用PEPCW可显著降低太阳辐射吸收率对不同朝向墙体热负荷的影响,三个向阳朝向的指标下降幅度高于北面.综合来看,PEPCW在供冷季节表现出令人满意的热性能,有助于推动嵌管式建筑围护结构在既有建筑中的节能改造应用.

基于全局敏感性分析的跨季节埋管蓄热体热特性研究

为探索不同类型影响因素对跨季节埋管蓄热系统(BTES)蓄释热性能的协同影响规律,利用拉丁超立方抽样建立了有关运行、设计和物性参数的50组随机样本,通过FLUENT软件对BTES热特性进行数值求解,并应用标准回归系数(SRC)和树状高斯过程模型(TGP)两种全局敏感性分析方法,定性与定量分析了影响因素变化对BTES注入热量、蓄热率和取热率产生的影响。结果表明:在输入因素范围内,影响因素的不确定性可引起注入热量57.7%、蓄热率65.0%和取热率41.5%的输出波动,设计阶段因偏离最佳参数组合而作出次优决策的风险较大;在影响机制和强度方面,蓄热温度、井深、井间距和岩土导热系数是影响BTES热特性的关键因素,并且井深和蓄热时间对性能指标有明显的非线性影响;两种全局敏感性方法在非线性关系和交互作用较强时所得因素排序略有差别,可体现输入输出变量间复杂非线性关系和交互作用的TGP方法更适用。以上研究结果可用于指导不同气候区BTES系统性能的优化设计并提供相应决策支持。

跨季节埋管蓄热耦合热泵供暖系统设计策略——以内蒙古某低碳农业大棚建筑为例

冬季供暖费用是严寒和寒冷地区农业大棚建筑主要运行成本之一。以内蒙古某低碳农业大棚建筑为例,对跨季节埋管蓄热(SBTS)与热泵耦合的蓄热供暖系统提出设计策略,采用ANSYS Workbench计算机模拟软件建立了蓄热井群瞬态三维数值模型,以逐年蓄热率、逐年热损失率、地下岩土(蓄热体和周围岩土)逐年温度变化和供暖期蓄热体温度变化作为技术性能评价指标,以节能性和经济性作为经济性能评价指标,分析并揭示了SBTS与热泵耦合系统9组不同设计方案10年运行特征,并与基准设计方案和理想参考方案进行了对比分析。结果表明:9组设计方案的蓄热井群岩土温度在10年运行期间逐渐上升并保持稳定;在不同蓄热温度下,蓄热温度20℃时的设计方案蓄热率最高、热损失率较低,甚至在系统运行第六年之后热损失率低于参考方案;同样该组方案在供暖期地下岩土平均温度最高,最终得出技术经济性能指标最优的一组优化设计方案。研究结果为跨季节蓄热耦合热泵系统的应用提供了增效降耗的优化设计思路和理论指导。

热激活建筑系统研究进展

基于控制围护结构传热温差而提出的热激活建筑系统(TABS),可利用注入低品位能源形成热屏障的方式降低建筑负荷,是实现建筑能碳双控目标的重要措施。提出了TABS分类与评价方法,从热工性能、集成设计、可持续性和应用潜力等角度对空气基、液体基和固体基TABS进行了梳理与对比分析。现有研究表明:集成空气基TABS的围护结构当量传热系数小于0.3 W/(m^(2)·K),渗透型还具备热回收与空气净化的双重效果;液体基TABS在一体化集成和热激活效能方面更具优势,围护结构当量传热系数可降至-3.6 W/(m^(2)·K);固体基TABS则具有无循环工质、无运动部件和无噪音等优点,围护结构当量传热系数可降至-3.0W/(m^(2)·K),但未来需要解决其立面集成和热电模块商业化等问题。