太陽能煙囪冬季供暖的性能研究

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)步增長,能源和環(huán)境問題越來越受到人們的重視。太陽能作為一種新型、節(jié)能環(huán)保型的可再生能源,更是深受人們的青睞。若能將太陽能有效、高效地運用到暖通空調領域,建筑能耗將會有一定程度的下降。目前,太陽能主要應用在暖通空調的采暖、通風、空調制冷等領域。太陽能煙囪是太陽能利用技術之一,因其具有降低建筑能耗、改善室內(nèi)空氣品質等優(yōu)點而推薦用于生態(tài)建筑和綠色建筑的設計中。本文介紹了太陽能煙囪在通風和供暖兩種工況下的原理及流程,著重分析太陽能煙囪用于冬季供暖的兩種運行模式的特點及性能,對兩種運行模式進行理論分析及計算,得出煙囪通風量與其高度、寬度、太陽輻射強度以及進出風口高度之間的關系。(1)在α=0.95,τ=0.85,Ai=Ao=0.1m2,煙囪高度為1~4m,煙囪寬度為1~4m,太陽輻射強度為200~400W/m2時,通風量隨太陽輻射強度和煙囪高度、寬度的增加而增加。當進出風口寬度一定時,通風量隨煙囪進出風口高度的增加先增加,到進出口高度達到0.3m時,通風量減小。在煙囪高度為3m,寬度為1m,房間的長、寬、高分別為3m、3m、3m時,對于開式全新風系統(tǒng)而言,選取煙囪進、出風口高度分別為0.1m、0.1m;對于閉式室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)而言,選取煙囪進、出風口高度分別為0.1m、0.1m。(2)在此基礎上,太陽能煙囪高為3m,寬為1m,深度為0.1m,煙囪進風口尺寸為1m×0.1m,煙囪出風口尺寸為1m×0.1m,分別對拉薩、武漢、西安三地區(qū)在以上兩種供熱運行模式下的情況進行了計算。固定煙囪結構尺寸,隨著全天室外氣象參數(shù)的變化,計算得出:在拉薩,用閉式室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)在上午11時到下午1時可滿足室內(nèi)供熱需求,其他情況不滿足。在西安,太陽能煙囪不能滿足室內(nèi)供熱需求。在武漢地區(qū),在上午10時和11時,可滿足室內(nèi)供熱需求。(3)以豎直墻壁式太陽能煙囪為研究對象,采用FLUENT軟件對影響太陽能煙囪的供熱特性的煙囪結構參數(shù)進行了模擬優(yōu)化,分別分析研究了在兩種運行模式下對太陽能煙囪房間的溫度場和速度場有影響的結構參數(shù)。研究表明,對于開式全新風系統(tǒng),選取煙囪進風口高度為0.2m,出風口高度為0.1m,房間出風口高度為0.2m,煙囪深度為0.1m,對增強太陽能煙囪的供熱性能有利。對于閉式室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng),煙囪進風口高度為0.1m,出風口高度為0.1m,煙囪深度為0.1m,對增強太陽能煙囪的供熱性能有利。在房間尺寸為3m×3m×3m,煙囪高度為3m,寬度為1m,深度為0.1m,進出口尺寸為0.1m2時,太陽輻射強度為300W/m2,閉式室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)可用于冬季供暖,能滿足室內(nèi)供熱需求。然而,在太陽輻射強度為200W/m2,閉式室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)不可用于冬季供暖,不能滿足室內(nèi)供熱需求。 【關鍵詞】：太陽能煙囪 供暖 開式全新風系統(tǒng) 通風量 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：西安工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU832;TK519
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 本課題研究背景及意義11
• 1.2 國外研究現(xiàn)狀介紹11-14
• 1.2.1 實驗研究方面11-12
• 1.2.2 理論分析方面12-13
• 1.2.3 數(shù)值模擬方面13-14
• 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀介紹14-15
• 1.3.1 實驗研究方面14
• 1.3.2 理論分析方面14
• 1.3.3 數(shù)值模擬方面14-15
• 1.4 本課題研究內(nèi)容15
• 1.5 本章小結15-17
• 2 太陽能煙囪供暖的理論分析17-27
• 2.1 自然通風的原理17-18
• 2.1.1 熱壓作用下的自然通風17
• 2.1.2 風壓作用下的自然通風17
• 2.1.3 風壓和熱壓共同作用下的自然通風17-18
• 2.2 太陽能煙囪供暖原理18-19
• 2.3 太陽能煙囪自然通風的理論分析19-20
• 2.4 太陽能煙囪用于冬季供暖的提出20-21
• 2.5 流程及特點21-22
• 2.5.1 夏季工作流程21-22
• 2.5.2 冬季工作流程22
• 2.6 太陽能煙囪通風量計算22-25
• 2.7 本章小結25-27
• 3 太陽能煙囪供熱的可行性分析27-37
• 3.1 太陽能煙囪供暖的意義27
• 3.2 系統(tǒng)設計計算27-28
• 3.2.1 系統(tǒng)設計計算流程27-28
• 3.2.2 系統(tǒng)設計要點28
• 3.3 計算結果及分析28-31
• 3.4 系統(tǒng)適用性分析31-35
• 3.5 本章小結35-37
• 4 太陽能煙囪數(shù)值模擬37-45
• 4.1FLUENT軟件介紹37-38
• 4.2 模型的建立及及網(wǎng)格劃分38-39
• 4.3 控制方程組39-41
• 4.4 輻射模型41
• 4.5 物性參數(shù)41-42
• 4.6 運算環(huán)境設定42
• 4.7 求解器選擇與設定42-43
• 4.8 邊界條件的設定43
• 4.8.1 進/出風口條件設定43
• 4.8.2 壁面處理方法及邊界條件43
• 4.9 本章小結43-45
• 5 數(shù)值模擬結果與分析45-63
• 5.1 同一太陽輻射強度下不同時刻的供熱效果45-46
• 5.2 開式新風系統(tǒng)供熱效果模擬結果及分析46-56
• 5.2.1 進風口高度對供熱效果的影響47-50
• 5.2.2 房間出風口高度對供熱效果的影響50-54
• 5.2.3 煙囪深度對供熱效果的影響54-56
• 5.3 閉式室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)供熱效果模擬結果及分析56-59
• 5.3.1 煙囪深度對供熱效果的影響56-59
• 5.4 供熱效果分析59-61
• 5.5 本章小結61-63
• 6 結論與建議63-65
• 6.1 本文結論63
• 6.2 建議與期望63-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄69-71
• 致謝71

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