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太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 12:30:00
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太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究【摘要】:太阳能热利用技术是太阳能利用的一个重要途径,它的合理应用可以有效地解决能源紧张问题。太阳能热风采暖系统以其优越的特色,可以弥补热水系

【摘要】:太阳能热利用技术是太阳能利用的一个重要途径,它的合理应用可以有效地解决能源紧张问题。太阳能热风采暖系统以其优越的特色,可以弥补热水系统在投资、冷冻、泄漏、启动速度等方面的缺憾,更易于实现与建筑的一体化,宜在村镇建筑中得到广泛应用。在此前提下,本文对太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化进行了研究,重点在于优化热风采暖系统的结构参数和进口参数。 第一,在加拿大Conserval公司设计的Solar Wall基础上进行改进,研制开发了一种无盖板冲缝型空气集热器,建立了数学模型,并进行了实验验证,进而模拟分析了外界参数对集热器热效率的影响。 第二,针对无盖板冲缝型集热器的缺点,进一步提出了盖板式冲缝型空气集热器,并分别对普通玻璃和真空玻璃盖板式集热器进行了理论和实验研究,提出了以有效效率作为评价指标,并结合热效率和空气进出口温升,找到了结构参数和进口参数的优化范围,回归得到了局部阻力系数的经验关系式,证明了这种集热器的优越性;对比两者的性能,发现真空玻璃盖板式集热器的应用效果更好。 第三,综合考虑工作介质和村镇建筑的特点,确定了以卵石作为蓄热材料。以平均蓄热功率和流动阻力为评价指标,研究了不同结构参数和进口参数对蓄热器性能的影响。 第四,总结了太阳能建筑对应用场所和建筑构型的要求,分析了窗户开启形式和开启角度对建筑节能和自然通风的影响;研究了遮阳设施对于保证太阳能建筑夏季正常使用的重要性,开发了独立可执行程序,为不同地区、不同建筑尺寸的挑檐构型优化提供了方便、实用的操作工具。 第五,利用频域回归法计算反应系数,建立了房间内部的动态热平衡方程组,并进行了模型验证;选择一个虚拟太阳能建筑作为模拟对象,研究了集热器面积、蓄热器体积和集热器的吸热板发射率对太阳能保证率的影响。结果表明,在经济条件允许的情况下,应尽量增大集热器面积;在集热器面积一定时,存在合适的蓄热器体积;选择性涂层对系统性能影响很大,应着力开发研究。总体而言,若设计合理,热风采暖系统的太阳能保证率是很高的,可以在初投资较小的情况下,实现提高村镇人民生活水平的目的,同时对村镇建筑的节能减排工作起到良好的促进作用。 【关键词】:太阳能热风采暖系统 冲缝型空气集热器 有效效率 平均蓄热功率
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK519;TU832.17
【目录】:
  • 中文摘要3-4
  • ABSTRACT4-9
  • 第一章 绪论9-30
  • 1.1 研究背景9-12
  • 1.2 研究现状12-26
  • 1.2.1 空气集热器(墙)发展现状15-22
  • 1.2.2 蓄热材料发展现状22-26
  • 1.3 存在问题26-27
  • 1.4 研究方法和研究内容27-29
  • 1.4.1 研究方法27
  • 1.4.2 研究内容27-29
  • 1.5 本文组织结构29-30
  • 第二章 无盖板冲缝型空气集热器研究30-50
  • 2.1 无盖板集热器的工作原理和结构设计30-31
  • 2.1.1 工作原理30
  • 2.1.2 结构设计30-31
  • 2.2 无盖板集热器的数学模型31-39
  • 2.2.1 数值研究方法32-33
  • 2.2.2 控制方程组33-38
  • 2.2.3 边界条件38-39
  • 2.3 无盖板集热器的实验系统39-45
  • 2.3.1 实验装置39-41
  • 2.3.2 实验仪器41-43
  • 2.3.3 模型验证43-45
  • 2.4 无盖板集热器的模拟分析45-47
  • 2.5 无盖板集热器的热性能研究47-49
  • 2.6 本章小结49-50
  • 第三章 普通玻璃盖板式冲缝型空气集热器研究50-79
  • 3.1 普通玻璃盖板式集热器的工作原理和结构设计50-51
  • 3.2 普通玻璃盖板式集热器的数学模型51-60
  • 3.2.1 控制方程组51-59
  • 3.2.2 边界条件59-60
  • 3.3 普通玻璃盖板式集热器的实验系统60-66
  • 3.3.1 实验装置60-61
  • 3.3.2 实验仪器61-62
  • 3.3.3 实验结果与模型验证62-66
  • 3.4 普通玻璃盖板式集热器的模拟分析66-78
  • 3.4.1 评价指标66-67
  • 3.4.2 性能分析67-78
  • 3.5 本章小结78-79
  • 第四章 真空玻璃盖板式冲缝型空气集热器研究79-92
  • 4.1 真空玻璃的性能79-80
  • 4.2 真空玻璃盖板式集热器的数学模型80-84
  • 4.2.1 控制方程组80-84
  • 4.2.2 边界条件84
  • 4.3 真空玻璃盖板式集热器的实验验证84-87
  • 4.4 真空玻璃与普通玻璃盖板式集热器的性能比较87-91
  • 4.4.1 室外风速的影响87-88
  • 4.4.2 环境温度的影响88-89
  • 4.4.3 空气进口温度的影响89-91
  • 4.5 本章小结91-92
  • 第五章 太阳能热风采暖系统的蓄热器研究92-105
  • 5.1 蓄热材料的选择92-93
  • 5.2 蓄热器的数学模型93-96
  • 5.2.1 热性能分析93-95
  • 5.2.2 阻力分析95-96
  • 5.3 蓄热器的实验系统96-100
  • 5.3.1 蓄热装置96
  • 5.3.2 实验仪器及测点布置96-97
  • 5.3.3 实验验证97-100
  • 5.4 蓄热器的模拟分析100-104
  • 5.4.1 评价指标100
  • 5.4.2 模拟分析100-104
  • 5.5 本章小结104-105
  • 第六章 太阳能建筑设计与节能分析105-133
  • 6.1 应用场所和建筑设计105-110
  • 6.1.1 应用场所105
  • 6.1.2 建筑外形105-106
  • 6.1.3 屋顶、墙体和地板106
  • 6.1.4 门、窗106-108
  • 6.1.5 集热器(墙)和蓄热器108-109
  • 6.1.6 遮阳设施109-110
  • 6.2 太阳能建筑节能分析110-132
  • 6.2.1 基于频域回归的反应系数法111-114
  • 6.2.2 房间数学模型114-120
  • 6.2.3 房间实验研究120-127
  • 6.2.4 建筑模拟分析127-132
  • 6.3 本章小结132-133
  • 第七章 结论与展望133-136
  • 7.1 主要结论133-134
  • 7.2 展望134-136
  • 参考文献136-146
  • 发表论文和科研情况说明146-149
  • 致谢149


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