太阳能烟囱冬季供暖的性能研究

【摘要】：随着我国经济的持续稳步增长,能源和环境问题越来越受到人们的重视。太阳能作为一种新型、节能环保型的可再生能源,更是深受人们的青睐。若能将太阳能有效、高效地运用到暖通空调领域,建筑能耗将会有一定程度的下降。目前,太阳能主要应用在暖通空调的采暖、通风、空调制冷等领域。太阳能烟囱是太阳能利用技术之一,因其具有降低建筑能耗、改善室内空气品质等优点而推荐用于生态建筑和绿色建筑的设计中。本文介绍了太阳能烟囱在通风和供暖两种工况下的原理及流程,着重分析太阳能烟囱用于冬季供暖的两种运行模式的特点及性能,对两种运行模式进行理论分析及计算,得出烟囱通风量与其高度、宽度、太阳辐射强度以及进出风口高度之间的关系。(1)在α=0.95,τ=0.85,Ai=Ao=0.1m2,烟囱高度为1~4m,烟囱宽度为1~4m,太阳辐射强度为200~400W/m2时,通风量随太阳辐射强度和烟囱高度、宽度的增加而增加。当进出风口宽度一定时,通风量随烟囱进出风口高度的增加先增加,到进出口高度达到0.3m时,通风量减小。在烟囱高度为3m,宽度为1m,房间的长、宽、高分别为3m、3m、3m时,对于开式全新风系统而言,选取烟囱进、出风口高度分别为0.1m、0.1m;对于闭式室内空气循环系统而言,选取烟囱进、出风口高度分别为0.1m、0.1m。(2)在此基础上,太阳能烟囱高为3m,宽为1m,深度为0.1m,烟囱进风口尺寸为1m×0.1m,烟囱出风口尺寸为1m×0.1m,分别对拉萨、武汉、西安三地区在以上两种供热运行模式下的情况进行了计算。固定烟囱结构尺寸,随着全天室外气象参数的变化,计算得出:在拉萨,用闭式室内空气循环系统在上午11时到下午1时可满足室内供热需求,其他情况不满足。在西安,太阳能烟囱不能满足室内供热需求。在武汉地区,在上午10时和11时,可满足室内供热需求。(3)以竖直墙壁式太阳能烟囱为研究对象,采用FLUENT软件对影响太阳能烟囱的供热特性的烟囱结构参数进行了模拟优化,分别分析研究了在两种运行模式下对太阳能烟囱房间的温度场和速度场有影响的结构参数。研究表明,对于开式全新风系统,选取烟囱进风口高度为0.2m,出风口高度为0.1m,房间出风口高度为0.2m,烟囱深度为0.1m,对增强太阳能烟囱的供热性能有利。对于闭式室内空气循环系统,烟囱进风口高度为0.1m,出风口高度为0.1m,烟囱深度为0.1m,对增强太阳能烟囱的供热性能有利。在房间尺寸为3m×3m×3m,烟囱高度为3m,宽度为1m,深度为0.1m,进出口尺寸为0.1m2时,太阳辐射强度为300W/m2,闭式室内空气循环系统可用于冬季供暖,能满足室内供热需求。然而,在太阳辐射强度为200W/m2,闭式室内空气循环系统不可用于冬季供暖,不能满足室内供热需求。 【关键词】：太阳能烟囱 供暖 开式全新风系统 通风量 数值模拟
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU832;TK519
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 本课题研究背景及意义11
• 1.2 国外研究现状介绍11-14
• 1.2.1 实验研究方面11-12
• 1.2.2 理论分析方面12-13
• 1.2.3 数值模拟方面13-14
• 1.3 国内研究现状介绍14-15
• 1.3.1 实验研究方面14
• 1.3.2 理论分析方面14
• 1.3.3 数值模拟方面14-15
• 1.4 本课题研究内容15
• 1.5 本章小结15-17
• 2 太阳能烟囱供暖的理论分析17-27
• 2.1 自然通风的原理17-18
• 2.1.1 热压作用下的自然通风17
• 2.1.2 风压作用下的自然通风17
• 2.1.3 风压和热压共同作用下的自然通风17-18
• 2.2 太阳能烟囱供暖原理18-19
• 2.3 太阳能烟囱自然通风的理论分析19-20
• 2.4 太阳能烟囱用于冬季供暖的提出20-21
• 2.5 流程及特点21-22
• 2.5.1 夏季工作流程21-22
• 2.5.2 冬季工作流程22
• 2.6 太阳能烟囱通风量计算22-25
• 2.7 本章小结25-27
• 3 太阳能烟囱供热的可行性分析27-37
• 3.1 太阳能烟囱供暖的意义27
• 3.2 系统设计计算27-28
• 3.2.1 系统设计计算流程27-28
• 3.2.2 系统设计要点28
• 3.3 计算结果及分析28-31
• 3.4 系统适用性分析31-35
• 3.5 本章小结35-37
• 4 太阳能烟囱数值模拟37-45
• 4.1FLUENT软件介绍37-38
• 4.2 模型的建立及及网格划分38-39
• 4.3 控制方程组39-41
• 4.4 辐射模型41
• 4.5 物性参数41-42
• 4.6 运算环境设定42
• 4.7 求解器选择与设定42-43
• 4.8 边界条件的设定43
• 4.8.1 进/出风口条件设定43
• 4.8.2 壁面处理方法及边界条件43
• 4.9 本章小结43-45
• 5 数值模拟结果与分析45-63
• 5.1 同一太阳辐射强度下不同时刻的供热效果45-46
• 5.2 开式新风系统供热效果模拟结果及分析46-56
• 5.2.1 进风口高度对供热效果的影响47-50
• 5.2.2 房间出风口高度对供热效果的影响50-54
• 5.2.3 烟囱深度对供热效果的影响54-56
• 5.3 闭式室内空气循环系统供热效果模拟结果及分析56-59
• 5.3.1 烟囱深度对供热效果的影响56-59
• 5.4 供热效果分析59-61
• 5.5 本章小结61-63
• 6 结论与建议63-65
• 6.1 本文结论63
• 6.2 建议与期望63-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间发表的学术论文目录69-71
• 致谢71

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