利用太阳能烟囱强化建筑物自然通风的基础研究

【摘要】： 自然通风,由于其具有无能耗、无污染等优点,对建筑的节能起到了重要的作用。同时可以改善室内热环境,避免由空调引发的各种“空调病”。但是,由于建筑物自然通风压头小,单纯的自然通风产生的自然通风量很小,难以满足人们的正常需要。太阳能烟囱作为一项能够利用太阳热能强化自然通风压头和风量的技术,得到了越来越多的重视和利用,它是一种热压作用下的自然通风设备,是利用太阳辐射为空气流动提供浮升力,将热能转换为动能,将室外新鲜空气引入室内,增加室内通风换气次数,驱除室内空气污染物,提高室内空气品质。目前用来模拟自然通风的实验方法也有很多种,最常用的是盐水模拟法,该方法已经得到普遍的应用,技术也日趋成熟,但也存在一定的缺点:需要比较大的蓄水池而且必须不断的补充盐水,并且必须倒转建筑模型,实验装置比较复杂。在本论文中,为了简化实验模型,建立一个利用氢气泡技术模拟自然通风的小规模可视化太阳能烟囱强化自然通风实验台。氢气泡技术:就是由电路的阴极在盐水中产生氢气泡以模拟浮力羽流的运动,可以模拟点源,线源的情况。其缺点是不能模拟建筑热特性对自然通风的影响。原理是用直流电源电解一定浓度的盐水,在阴极端会产生直径在0.1mm左右的氢气泡,用浮升力驱动下的氢气泡在盐水中的运动和扩散来模拟自然通风的流动情况。它是一种真实直观、节省费用、操作简单、控制方便和清洁环境的自然通风实验研究方法。利用实验台研究不同的烟囱结构形式对太阳能强化自然通风量的影响,对烟囱内空气流道结构参数(包括空气通道宽度、进出口尺寸、烟囱高度、宽度等参数)对太阳能强化自然通风量的影响进行分析。 实验主要进行两种太阳能烟囱模型的模拟:竖直集热板式太阳能烟囱和Trombe墙体式太阳能烟囱。分别分析了太阳能强度,烟囱宽度、进口尺寸和高度对自然通风量的影响。 通过对实验结果进行整理、分析,得出优化太阳能烟囱的一些结论。希望可以对太阳能烟囱的设计以及绿色节能方面有所帮助。 【关键词】：节能 太阳能烟囱 自然通风 氢气泡技术
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU834.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 太阳能烟囱的研究背景8-11
• 1.2 太阳能烟囱的研究现状11-18
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-18
• 1.3 太阳能烟囱研究存在的问题18-19
• 1.4 课题研究简介19
• 1.4.1 研究内容及目标19
• 1.4.2 拟解决的关键问题19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 太阳能烟囱自然通风的理论分析20-31
• 2.1 自然通风机理20-26
• 2.1.1 风压自然通风21-22
• 2.1.2 热压自然通风22-24
• 2.1.3 风压、热压同时作用下的自然通风24-26
• 2.2 太阳能烟囱自然通风机理分析26-30
• 2.2.1 通风量方程26-27
• 2.2.2 温度方程27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 太阳能烟囱自然通风实验装置及实验方案的设计31-50
• 3.1 利用氢气泡盐水实验台模拟自然通风的可行性分析31-34
• 3.2 氢气泡盐水实验台所存在的问题以及相似性的考虑34-37
• 3.2.1 气泡滑移速度的影响34
• 3.2.2 紊流卷吸34-35
• 3.2.3 相似性需要和放大标准35-37
• 3.2.4 对氢气泡系统的一般性总结37
• 3.3 实验方案37-38
• 3.4 实验台的搭建及装置38-46
• 3.4.1 大水箱的设计42
• 3.4.2 房间模型（小水箱）的设计42-45
• 3.4.3 其它实验装置45-46
• 3.5 实验思路及步骤46-48
• 3.5.1 得热量的改变46-47
• 3.5.2 太阳能烟囱宽度的改变47
• 3.5.3 进口尺寸的改变47-48
• 3.5.4 太阳能烟囱高度的改变48
• 3.6 速度的测量48-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 太阳能烟囱实验的结果与分析50-73
• 4.1 竖直集热板屋顶式太阳能烟囱实验50-59
• 4.1.1 实验启动50-51
• 4.1.2 太阳能强度的影响51-53
• 4.1.3 烟囱宽度的影响53-55
• 4.1.4 房间进口尺寸A1 的影响55-59
• 4.2 Trombe 墙体式太阳能烟囱59-72
• 4.2.1 实验启动59-60
• 4.2.2 太阳能强度的影响60-62
• 4.2.3 烟囱宽度的影响62-66
• 4.2.4 进口尺寸的影响66-70
• 4.2.5 烟囱高度的影响70-72
• 4.3 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78-79
• 致谢79

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