太阳能与生物质能互补的散热器采暖系统中室内热环境研究

【摘要】： 针对建筑生活用能中能源利用率低、能源浪费严重能量转化过程品位不对口以及由于建筑生活用能中使用化石能源而导致的环境问题,利用太阳能与生物质厌氧发酵的互补特点,提出了从室内热环境分析入手,在分析室内热舒适基础上剖析节能潜力的新思路。 本文以温度为衡量室内热环境舒适度的指标,研究在满足用户热舒适度条件下的最大建筑节能,并依据分析结果设计了太阳能与生物质能互补的采暖系统。 首先,本课题依据常规散热器采暖房中温度特点和热用户的普遍活动区域,提出了新的热舒适度标准,即“如果室内2m水平面以下的平均温度达到了289K,就认为整个房间内的温度可以满足用户热舒适性的要求”。新热舒适度标准是对原有建筑采暖规范的定量细化。 接着,本课题在抽象物理模型基础上建立了传统散热器采暖房三维数值传热模型,并依据兰州地区气温特点对散热器采暖房内热环境进行了数值模拟,结果表明:散热器在6m×5m×3.2m的房间内的最佳安装位置在Z=0.6m,X=2.5m处;符合室内热舒适度新标准且散热器安装在最佳位置时,散热器内供回水温度可从363/343K降低到353.4/343K,而且比安装在外墙上的散热器节能11W/m~2。 进而本课题针对兰州地区某一传统散热器采暖房内热环境进行了实验和模拟研究,一方面通过对比实验结果和模拟结果,验证了数值模拟的正确性,另一方面揭示了室内热环境与其影响因素之间的相互关系,即室外温度越高,室内温度分布越均匀;内墙附近空气温度比外墙侧高2K。 最后,本课题根据符合室内热舒适度新标准及散热器最佳安装位置时的散热器采暖房热负荷,设计出了太阳能和生物质能互补的散热器采暖别墅,通过对系统经济性和能量利用率分析,得出该新型太阳能和生物质能互补的散热器采暖系统的经济性好、环保性好及能量利用率高的优点。 总之,本课题研究按照从室内热环境分析入手,在分析室内热舒适基础上剖析节能潜力的新思路,基于新的热舒适度标准不仅找出了常规散热器室内最佳安装位置,在保证室内热环境热舒适度的基础上,克服了其能耗大,能量利用率不高的缺点,而且从采暖的源头进行了研究,即利用太阳能加热产生沼气替代常规的化石燃料作为供暖热媒的原动力。这样一方面实现了建筑节能,另一方面也响应了国家“节约、保护了一次能源,充分利用可再生能源”的号召,所以本课题研究具有巨大的社会、经济效益。 【关键词】：建筑节能 散热器采暖 热舒适度 太阳能 生物质能 能量综合梯级利用
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题背景13-14
• 1.1.1 建筑节能与热舒适度13
• 1.1.2 建筑节能与散热器采暖13-14
• 1.1.3 建筑节能与可再生能源利用14
• 1.2 室内热环境研究现状14-16
• 1.3 国内外太阳能开发利用研究现状16-17
• 1.4 国内外研究现状的不足及启示17-18
• 1.5 本课题的研究目标、思路、内容和意义18-19
• 1.5.1 研究目标18
• 1.5.2 研究思路18
• 1.5.3 研究内容18-19
• 1.6 本课题研究的意义19
• 1.7 本课题研究的方法和措施19
• 1.8 本章小结19-21
• 第2章 传统采暖房内热环境的数值模拟21-39
• 2.1 物理模型21
• 2.2 数学模型21-22
• 2.3 初始条件和边界条件22-23
• 2.4 模拟结果与分析23-37
• 2.4.1 常规散热器采暖能耗分析24-27
• 2.4.2 散热器最佳安装位置的确定27-37
• 2.5 节能量及热媒温度的确定37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 传统采暖房内热环境的实验研究39-50
• 3.1 实验设备39
• 3.2 实验过程39-40
• 3.2.1 实验对象39
• 3.2.2 实验点选取39-40
• 3.2.3 实验测量时间40
• 3.3 实验结果40-44
• 3.4 实验结果分析44-45
• 3.4.1 室外温度对室内热环境的影响44
• 3.4.2 室内温度在高度上的分布44-45
• 3.4.3 室内温度在不同水平面上的分布45
• 3.5 实验与模拟结果对比分析45-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 太阳能与生物质能互补的散热器采暖系统设计及系统性能分析50-57
• 4.1 新型系统模型50
• 4.2 新型系统的能源利用率和能源经济性分析50-53
• 4.2.1 用户采暖热负荷51
• 4.2.2 沼气池容积51-52
• 4.2.3 太阳能集热器及集热管的数量52
• 4.2.4 蓄热水箱的容积52
• 4.2.5 燃气锅炉的选择52
• 4.2.6 循环水泵的选择52-53
• 4.3 系统的经济性分析53-54
• 4.3.1 投入的生产费用53
• 4.3.2 产出效益53
• 4.3.3 计算方法及结果53-54
• 4.4 系统火用分析54-56
• 4.4.1 系统输入54
• 4.4.2 沼气燃烧的火用及品位54-55
• 4.4.3 系统输出火用及品位55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 结论、创新点与展望57-59
• 5.1 结论57
• 5.2 创新点57-58
• 5.3 展望58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-66
• 附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)66-67
• 附录B(攻读学位期间所申请的专利)67-68
• 附录C(攻读学位期间所获奖励)68-69
• 附录D(攻读学位期间申请的科技创新基金项目)69

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