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太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究

作　者: 李宪莉
导　师: 由世俊
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
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
分类号: TU832.17
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
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

太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究

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