建筑能耗模拟中太阳直射辐射的处理方法对比研究

在建筑动态负荷模拟中,太阳辐射作为外扰中对建筑负荷影响最大的变量之一,其处理方法的正确与否直接影响了计算结果的精确性。通过对比不同软件在计算建筑各朝向立面的直射辐射时发现,在相同太阳辐射气象数据基础上,不同软件在模拟同一立面或平面的直射辐射强度时有较大差异且存在时间上的相位差。本研究获取了气象部门提供的专业实测太阳辐射逐分钟变化数据,在此基础上利用太阳直射辐射模型计算建筑各表面接收辐射的"真值",并改善建筑能耗模拟软件中直射辐射的模拟方法,在保证计算结果与"真值"的相符性基础上,尽量精简计算方法、提高计算速度。最后,为建筑能耗模拟软件提供一套由原始太阳辐射数据到建筑各表面接收太阳直射辐射的计算方法。

太阳直射辐射和散射辐射的模拟及分离

本文根据北京近10年太阳辐射和空气湿度资料,统计出了昙天、阴天太阳直射辐射强度与总辐射强度之间的关系。建立了识别晴天、昙天、阴天三种天气类型的模式;探讨了太阳直射辐射强度、散射辐射强度的模拟及分离方法。最后,将模拟值与实测值进行了分析比较,结果发现两者十分吻合。

太阳直射辐射对地板供冷系统的影响分析

研究太阳直射辐射因素对地板供冷系统管内供水流速及地板表面温度的影响,给出建议的供水参数。通过谐波反应法分别计算出有无太阳直射辐射因素影响时的室内逐时冷负荷(即地板辐射供冷系统的供冷量);分析不同供回水温差下的管内供水流速以及不同供回水平均温度下的地板板面温度,并与已有研究进行对比。得到了是否考虑直射辐射影响这2种情况下的供冷量表,不同供回水温差下是否考虑直射辐射这2种情况的管内水流速表以及不同供回水平均温度及流速下的板面温度对比图。太阳直射辐射因素对地板辐射供冷系统影响较大,有太阳辐射影响的白天时间段内供回水平均温度建议选择14.5℃,可满足全天75%~80%的地板板面温度要求,无辐射影响的夜间时间段供回水平均温度建议选择16.5℃。

太阳直射光谱辐射分析

利用Gueymard给出的太阳光谱数据和Candau提出的光谱辐射[火用]强度的定义计算地表直射太阳辐射的积分辐射焖流，分析地表直射太阳辐射的光谱辐射温度、光谱辐射炯和光谱能质因子随波长的分布，讨论大气条件如可凝结水量和空气质量对地表直射太阳积分辐射[火用]流的影响。结果表明，在近紫外线、可见光以及近红外区域，0．76～1．343um波长范围内的地表直射太阳光谱能质因子和积分辐射[火用]流的增量比在其他波长范围内的大。对于地表直射太阳辐射的多光谱利用，需要着重考虑近紫外线、可见光以及0．76-1．343um波长范围内的太阳辐射。地表直射太阳积分辐射[火用]流分别随着可凝结水量和空气质量的增加而减小。空气质量对地表直射太阳积分辐射[火用]流的影响较大。

典型天气下武汉地区太阳直接辐射强度的动态变化特性

太阳能作为解决世界能源危机的一种新型可再生能源,其开发与利用直接影响整个能源结构的健康发展。通常太阳辐射由直射辐射和散射辐射组成,其中直射辐射对聚集太阳能系统及其他领域起到了至关重要的影响。本文通过实验测试三种典型天气下(晴天、多云、阴天)武汉地区的太阳直射辐射强度波动情况,每种天气分别选择两种不同的大气温度,并通过实验结果分析太阳直射辐射的影响因素。研究结果表明当天气状况不同时,太阳直射辐射会在一定程度上有所不同。晴天的太阳直射辐射强度大于阴天,晴天的峰值太阳直射辐射在777～830W/m^2之间,阴天的峰值太阳直射辐射在649～698W/m^2之间,多云天气下的太阳直射辐射波动最大,而且当日平均温度不同时不同天气状况的太阳直射辐射也会有变化。

利用太阳辐射测量合肥地区气溶胶光学厚度

2005年11月至2006年1月,选择晴朗无云的天气,利用地物光谱仪和自行设计的基于积分球的光学接收装置,测量了合肥地区的太阳直射光谱。利用Langley方法对测量的数据进行处理,反演了从350 nm到2500 nm的大气气溶胶光学厚度, 550 nm处的光学厚度平均值是0．391 56,光学厚度随波长增加而减小;对计算得出的光学厚度值作了Junge分布拟合,得到浑浊度系数k的平均值是0．188 95,波长指数v的平均值是3．265 04,结果表明合肥地区气溶胶中小粒子占主导地位。

中国部分城市太阳能蒸汽热发电系统性能分析

以饱和蒸汽循环太阳能热发电系统为研究对象,对太阳能热电系统进行了理论-模型-模拟的一体化研究.根据中国30个省会城市的气象数据,模拟运行了所设计的槽式热发电系统,计算了所设计的各地热发电系统全年的运行情况,分析了系统总效率随昼夜、季节、年度以及纬度的变化,探讨了不同常规能源作为太阳能补充时的经济性.研究结果表明:电站整体有效工作时间以及全年总发电量是选择太阳能热发电站地址的主要考虑因素,此外,无烟煤以及天然气资源可作为不同情况下备选的常规能源,以提高太阳能热发电站的整体性能.

槽式太阳能集热器集热性能模拟研究

分析了太阳直射辐射强度、集热管进口流体温度、集热管进口流体速度三个因素对太阳能集热器热效率、吸热管表面和玻璃套管表面最大温升的影响。结果表明:集热器的集热效率随太阳直射辐射强度增加、进口流体速度增大而增大,随进口流体温度升高而减小;吸热管表面最大温差随太阳直射辐射强度增加而增大,随进口流体速度增大而减小;随进口流体温度升高先增大后减小;玻璃套管表面最大温差随太阳直射辐射强度增加、进口流体温度升高而增大,随进口流体速度增大而减小。

槽式太阳能聚焦集热器太阳跟踪方式的优化研究

通过数值模拟的方法为槽式太阳能聚焦集热器选取一种最佳的太阳跟踪方式,具体研究内容包括:地表日太阳直射辐射量的计算、不同太阳跟踪方式时槽式太阳能聚焦集热器的抛物面反射镜年接收太阳直射辐射总量的对比,以及南北倾斜式跟踪方式最佳倾角的研究。研究发现,在上海地区,槽式太阳能聚焦集热器的抛物面反射镜接收的太阳直射辐射量从高到低排序时所采用的太阳跟踪方式依次为:双轴>南北地轴式>南北倾斜式(倾角β=15°)>南北倾斜式(β=45°)>南北水平式>东西水平式。研究结果表明,单轴跟踪方式的系统结构简单,成本较低;1年中有7个月采用南北倾斜式跟踪方式时,槽式太阳能聚焦集热器的抛物面反射镜接收的太阳直射辐射量大于采用南北地轴式跟踪方式时接收的太阳直射辐射量,因此,对南北倾斜式跟踪方式进行了单独研究,确定了南北倾斜式跟踪方式在海口市、拉萨市、上海市、北京市和呼和浩特市5个地区的最佳倾角分别为18.81°、27.29°、28.67°、36.21°和37.97°。

上海地区水平固定百页型外遮阳节能效果研究

从全年综合节能效果角度,利用计算机模拟技术,分析上海地区3种不同尺寸的水平固定百页外遮阳对东、南、西、北4个朝向太阳直射辐射得热及遮阳系数的影响。结果表明:从全年节能效果来看,上海地区南向及北向不需要设置外遮阳,东向及西向需要设置外遮阳,且东向、西向固定水平遮阳百页的节能效果随着百页变密越来越好。

一种变季节遮阳呼吸窗的模拟与分析

介绍了一种新型变季节遮阳呼吸窗。从理论上分析了该种变季节遮阳呼吸窗的原理,以及室外风速、风向、太阳辐射等因素对其气流组织及能耗的影响。应用Energyplus分析了变季节遮阳呼吸窗的结构对其气流组织情况及建筑能耗的影响,从而对该种呼吸窗的包括空腔底部缝隙宽度、上悬(夏季模型)及下悬(冬季模型)角度、内层窗顶部缝隙高度(冬季模型)这些结构参数进行优化,以达到最大的节能效果;研究了呼吸窗对不同气候区域的适用性,主要对欧洲几种典型气候的代表城市:芬兰赫尔辛基、波兰华沙、德国柏林、法国巴黎、意大利罗马以及位于中国夏热冬冷地区的上海,发现不同的几何尺寸对呼吸窗的节能效果影响很微弱,而气候对STS呼吸窗的节能效果的影响非常大,且冬季模型的节能效果远大于夏季模型。冬季模型对各个不同气候区域的节能效果都较高,其中芬兰、波兰的节能效果最大,而夏季模型的节能效果则较低。

寒冷地区固定式外遮阳设计研究

固定式外遮阳是建筑遮挡太阳直射辐射的有效建筑构件。由于固定式外遮阳具有投资低、使用寿命长的特点,因此被大量办公建筑采用。《2007全国民用建筑工程设计技术措施》中给出了固定式外遮阳的适用范围与遮阳系数的计算方法,但并未给出合理设置固定式外遮阳的标准,存在不足之处。结合气候特征、太阳日轨图,分析给出了寒冷地区固定式外遮阳的设置标准与计算方法,并采用建筑能耗模拟的方法验证了该设置标准与计算方法的正确性,为建筑师在寒冷地区设计固定式外遮阳提供了参考。

光-煤混合发电逐时稳态模型计算及性能研究

为研究光-煤发电系统设计和运行功率预测,提出太阳能瞬时直射辐射照度分布模型和光-煤混合发电系统模型及其性能计算方法。计算分析光-煤混合发电系统的静态性能、逐时稳态性能和年内各月性能的变化规律,比较年内各月之间的性能差异,得到哈尔滨地区太阳能混合发电系统的设计评估和运行中发电量的中长期预测模型。