太阳能采暖房间动态热负荷计算方法研究

【摘要】： 目前国内关于太阳能采暖的两部设计标准——《太阳能供热采暖工程技术规范》(GB50495-2009)和《西藏自治区居住建筑节能设计标准》(DB54/0016-2007),对于太阳能采暖房间热负荷仍采用稳态计算方法,此方法计算简便易行,但不能反映太阳能建筑热负荷波动性强的特征。另一方面,太阳能采暖热源的供热量也具有明显的波动性,且与热负荷波动相位冲突,因此太阳能采暖系统应依靠蓄热调节才能保证采暖效果,而掌握太阳能采暖房间热负荷动态规律是进行热量蓄调的基础。鉴于此,本文借鉴空调冷负荷系数法,提出了一种便于工程设计应用的太阳能采暖房间动态热负荷计算方法——热负荷系数法。 在数学模型建立方面,本文以Z传递函数为理论基础,分析了外墙(或屋顶)的动态传热过程及房间动态热负荷的形成过程,并给出了外墙(或屋顶)失热量及房间热负荷的数学模型。将外墙(或屋顶)或采暖房间连同室内空气视为热力系统,将外扰或室内失热量作为系统输入,而通过外墙(或屋顶)的失热量或房间热负荷作为系统输出。输入与输出均以时间序列表示,它们之间的转化关系用Z传递函数表示。 在模拟计算方面,本文根据编程计算所得的外墙(或屋顶)失热量逐时结果,获得了太阳能采暖房间热负荷系数。通过对不同朝向外墙及不同结构墙体热负荷系数的计算后发现：墙体热容量越大,热负荷系数的日变化幅度越小；同一结构,但不同朝向墙体的热负荷系数存在较大差别。 在此研究的基础上,本文开发了太阳能采暖房间动态热负荷计算软件。使用该软件可计算不同地点、不同墙体(屋顶)结构、不同墙体朝向组合情况下典型日采暖房间的逐时热负荷及热负荷系数。 本研究为太阳能采暖系统的设计和运行调节提供了可靠依据。 【关键词】：太阳能采暖 热负荷系数 动态热负荷 Z传递函数
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU832.02
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 我国进行太阳能采暖的必要性与可行性9-10
• 1.1.2 太阳能房10-13
• 1.2 负荷计算国内外研究历史与现状13-14
• 1.3 尚存在问题14-15
• 1.4 本文研究目的、意义及内容15-16
• 2 室外扰量分析16-24
• 2.1 与太阳辐射有关的参数16-18
• 2.1.1 太阳常数16
• 2.1.2 确定太阳位置的参数16-17
• 2.1.3 确定壁面和太阳之间相对关系的参数17-18
• 2.2 太阳辐射强度的计算18-21
• 2.2.1 太阳直射辐射强度18-20
• 2.2.2 太阳散射辐射强度20-21
• 2.3 室外空气综合温度21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 平壁热力系统研究24-33
• 3.1 系统和线性系统的传递函数24-27
• 3.1.1 系统与数学模型24
• 3.1.2 拉普拉斯变换和Z变换24-25
• 3.1.3 传递函数25-26
• 3.1.4 串联耦合系统及其传递函数26-27
• 3.2 平壁热力系统的传递矩阵27-31
• 3.2.1 单层均质平壁热力系统的数学模型及传递矩阵27-29
• 3.2.2 含内外表面空气边界层的多层均质平壁传递矩阵29-31
• 3.3 平壁热力系统的Z传递系数的求解31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 动态热负荷数学模型建立33-38
• 4.1 失热量数学模型33-35
• 4.2 逐时热负荷数学模型35-36
• 4.3 热负荷系数法36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 5 热负荷系数模拟计算与分析38-46
• 5.1 计算对象及内容38-39
• 5.2 计算过程简述39-43
• 5.2.1 室外综合温度的模拟计算39-41
• 5.2.2 失热量的模拟计算41-43
• 5.2.3 热负荷系数的模拟计算43
• 5.3 计算结果分析43-45
• 5.3.1 墙体热容量对热负荷系数的影响43-44
• 5.3.2 朝向对热负荷系数的影响44-45
• 5.4 本章小结45-46
• 6 动态热负荷计算软件介绍46-48
• 6.1 界面简介46-47
• 6.2 操作简述47
• 6.3 本章小结47-48
• 7 总结48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-53
• 图表目录53-56
• 附录56-60
• 附录A 室外综合温度的计算程序56-59
• 附录B 外墙(或屋顶)失热量的计算程序59-60
• 附录C 热负荷系数的计算程序60

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