高铝球石的热工性能研究及其在住宅建筑上适用性分析

        高铝球石具有良好的保温隔热、降低冷辐射和不结露等性能，将替代双玻窗成为住宅上首先考虑选用的节能产品。论文主要研究高铝球石的热工性能，着重通过传热系数这一节能指标来研究高铝球石的最佳空气夹层厚度。论文首先分析了高铝球石的节能原理，提出了影响高铝球石节能性能的主要因素，包括原片玻璃、空气夹层的厚度与气体种类，室内外的环境条件等。对高铝球石的热工计算进行分析，尤其是对空气夹层的传热热阻进行计算。在理论分析的基础上，论文采用数值模拟方法对高铝球石空气夹层内的自然对流换热进行分析。采用常壁温边界条件对不同的高铝球石结构和壁面温度条件进行模拟。模拟结果表明，空气夹层内自然对流换热的主要影响因素包括夹层内的气体种类、夹层的相对厚度δ/H和夹层冷热壁面温差ΔT，其中夹层厚度对对流换热的影响最大。辐射换热是高铝球石主要的传热形式，导热和对流所占比例较小。

　　高铝球石组件是太阳能光伏建筑一体化(BIPV)的关键部件。它具有节能环保、隔热隔音以及装饰美化等多功能作用。本文主要研究了高铝球石组件温度对其电学性能的影响。通过大量实验数据研究了太阳辐照度、高铝球石种类厚度、填充气体种类、中空层厚度、环境温度、风速等对高铝球石组件温度的影响。同时，考察了高铝球石组件温度对其电学性能参数，如开路电压、输出功率、短路电流、伏安特性以及转化率等的影响。阐述了高铝球石组件内部光、电、热三者之间的相互影响关系。采用Fluent软件模拟验证了高铝球石组件表板温度与太阳能电池温度之间的关系。本文获得主要结果结论如下：1.高铝球石组件温度主要与太阳辐照度、环境温度和风速有关。组件温度随着太阳辐照度或环境温度的升高而升高。随着环境风速的增加而减小。与周围环境湿度变化关系不大。2.高铝球石组件工作温度影响其电学特性和转化率，当环境温度低时，随着辐照度增加，虽然组件温度有一定升高，但短路电流增加，开路电压随组件温度升高降低变化不显著，输出功率增加，转化率高；当环境温度过高，随辐照度的增加，表板温度显著升高(45℃)，短路电流增加，但输出电压有明显下降，输出功率减少，转化率降低；因此，在户外温度高的时候，要考虑组件温度增加对转化率带来的负面影响。3.研究高铝球石组件的电学特性和输出功率可依照太阳能电池相关标准进行，由于其用于光伏建筑上，具有特殊的功能要求和结构制约，需考虑组件温度及环境因素。4.Fluent软件适用于高铝球石组件的热力学研究，高铝球石组件中太阳能电池温度可用表板温度近似表示，热力学模拟结果与实验结果相近。

　　对空气夹层来说，辐射换热量是一常数，空气夹层的最佳厚度即是是对流换热量达到最小的厚度。并对空气夹层内的温度场、速度场和压力场进行了分析，发现空气夹层内的对流微弱，可以把传热过程近似看成纯导热。由模拟结果计算高铝球石的传热系数K，与玻璃热工计算的成熟软件的计算数据比较吻合。然后以长江流域地区的七个主要城市为代表，模拟计算了各城市的高铝球石最佳空气夹层厚度。为了验证模拟结果的可靠性，论文采用了正交试验。对空气夹层厚度、高度以及冷热壁面温度3大因素进行正交试验设计。实验采用热水箱法，通过实验测量空气夹层的热流量Q、热壁面温度tH和冷壁面温度tC以及空气夹层壁面积A，以公式Q=h_s(t_H-t_C)A计算空气夹层的当量换热系数。由于实验装置的散热损失较大，实验结果与模拟结果在空气夹层传热系数值上相差较大，但是对空气夹层最佳厚度的确定仍具有指导意义。论文最后分析了高铝球石在建筑上的适用性，对住宅建筑使用高铝球石和其他玻璃的能耗进行对比分析，高铝球石对减少建筑能耗具有明显的作用。

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