一种新型三水箱太阳能热水系统及控制策略

在传统集中式双水箱太阳能热水系统的基础上,提出一种引入补水加热水箱的新型三水箱太阳能热水系统,并进一步开发了相应控制策略,以在太阳辐射量较低和较高情况下均可充分利用该水箱蓄存太阳能并对补水进行加热,从而实现系统太阳能保证率的提升和辅助热源运行时间的减少. 为探究所提系统的运行性能,建立了TRNSYS仿真模型并通过实验对其进行了验证. 在该模型的基础上,对该系统运行性能及相应影响因素进行了分析. 研究结果表明,与传统系统相比,所提系统全年太阳能保证率的相对提升率为22.42%;单纯增大补水加热水箱体积并不会使得系统全年太阳能保证率不断提升,因此实际应用中应综合考虑系统全年太阳能保证率与初投资以合理选择补水加热水箱体积;在不同用水行为模式下所提系统与传统系统相比均可更为充分地利用太阳能. 此外,针对长沙地区某居住建筑的经济性分析显示,与传统系统相比,采用所提系统后年运行费用降低了18.31%,相应投资回收期为0.66年.     

生活水箱内相变材料封装结构改进及熔化性能研究

针对生活水箱内封装相变材料现有强化换热方法(如添加翅片或膨胀石墨)会导致蓄能密度降低与石墨沉降等问题,提出在不添加外物的基础上,对当前水箱中应用最为广泛的圆柱型封装结构进行优化改进,通过减小其底面/顶面半径比形成侧壁面倾斜的倒圆锥型结构,使得固态相变材料在重力作用下自然沉降时可充分与面积占比较大的侧壁面发生接触熔化,从而实现相变材料熔化性能的提高.为探究倒圆锥型封装相变材料熔化性能,建立相应熔化传热模型,并通过可视化实验进行验证.在该模型的基础上,对倒圆锥型和圆柱型结构封装相变材料的熔化性能进行了对比和分析.结果显示在相同体积(1.74e-04 m3)和高度(0.055 m)下,倒圆锥型结构封装相变材料完全熔化时间为2520 s,与圆柱型结构相比缩短了690 s,熔化性能提高了21.5％.倒圆锥型结构封装相变材料熔化过程中,除接触熔化外液态相变材料的自然对流也对熔化性能有显著影响,且侧壁处形成的Rayleigh-Bernard环流会削弱相变材料接触熔化性能.此外,发现在自然对流与接触熔化共同作用下,正圆锥型结构封装相变材料熔化性能与倒圆锥型结构相比更强,提高了16.7％.在实际应用中可将正圆锥与倒圆锥型封装结构结合使用,在有效利用空间的基础上实现蓄热量和蓄热效率的同时提高.     

建筑用户在室行为预测新方法

准确预测建筑用户在室行为可显著提高建筑能耗模拟精度,并进一步帮助建筑设计及运行控制优化.当前进行在室行为预测时所采用的主要是基于隐马尔可夫链方法的数学模型,该模型考虑了在室行为的时间关联性,可平稳有效地预测在室行为.然而现有隐马尔科夫模型难以准确描述在室行为动态变化规律以及在室行为与可观测参数之间的关联,降低了模型预测精度.针对该问题,本文提出一种基于状态转移的时变隐马尔科夫模型.该模型采用时变状态转移概率矩阵量化不同时刻在室行为的动态变化特征及关联,同时该模型基于状态转移计算可观测参数的概率分布以定量描述在室行为对可观测参数的影响.本文采用比利时某办公室在室行为数据库进行了相关建模和验证,结果表明该模型可更有效地捕捉在室状态变化,从而提高了在室行为预测精度.     

基于住户差异性的住宅建筑在室行为预测模型

现有住宅建筑在室行为预测模型缺乏对住户差异性的合理考虑,导致模型往往存在整体预测精度不高和适用性受限等问题.针对这一问题,提出一种考虑住户差异性的马尔可夫链在室状态预测模型.该模型首先通过Spearman相关性分析确定了不同影响因素(即特征参数)与住户总在室时长的相关性,将相关系数作为特征参数权值并结合聚类分析对住户群体进行分类.在此基础上采用马尔可夫链模型对住户在室状态进行预测.为评估所建立预测模型的性能,以英国TUS(Time Use Survey)数据库为例,将改进模型与传统马尔可夫链模型进行对比分析.结果表明,该方法能够综合考虑不同住户特征参数及其对在室行为的影响,对住户进行合理的分类,与传统马尔可夫模型相比,所建预测模型显著提升了整体性能,平均绝对误差和均方根误差分别减小了20.57％和15.35％.