跨季節(jié)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】：低碳經(jīng)濟(jì)，這是全世界都關(guān)注的話題。利用太陽(yáng)能供暖，尤其是采用帶有輔助熱源、儲(chǔ)熱系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的太陽(yáng)能采暖，可大大降低能源的消耗和對(duì)環(huán)境的污染。由于太陽(yáng)能的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它的間歇性，不僅有晝夜之分，還有陰雨雪天氣以及冬夏輻射能的區(qū)別等，在此基礎(chǔ)上本文提出了跨季節(jié)太陽(yáng)能蓄熱的方法。 該方法是將太陽(yáng)能熱利用和地下土壤蓄熱系統(tǒng)相結(jié)合的一種供熱方式。這不僅充分利用了過(guò)渡季的太陽(yáng)輻射能，而且還將其儲(chǔ)存到淺層地表，提高了全年的太陽(yáng)能利用率，克服了太陽(yáng)能晝夜和季節(jié)性的變化等一系列問(wèn)題。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與其他設(shè)計(jì)不同之處為，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中載熱介質(zhì)為空氣，蓄熱和傳熱介質(zhì)為土壤和礫石，這樣不僅降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，而且還減少了利用水作為傳熱和蓄熱介質(zhì)的腐蝕性和防漏等問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)的制約。 地下熱儲(chǔ)存是到目前為止跨季節(jié)利用太陽(yáng)能的一種現(xiàn)實(shí)可行的方法，它可以把春、夏、秋三個(gè)季節(jié)的太陽(yáng)能熱量?jī)?chǔ)存于地下，以供冬季供熱之用。系統(tǒng)中利用土壤作為蓄熱介質(zhì)，是考慮土壤既是傳熱材料，又是儲(chǔ)熱材料，土壤的熱容量適中，其體積熱容量較大，接近水熱容量的1/2。 本文設(shè)計(jì)了一種跨季節(jié)太陽(yáng)能空氣集熱、土壤蓄熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是將夏季和過(guò)渡季的太陽(yáng)輻射能儲(chǔ)存到地下蓄熱體中，在冬季太陽(yáng)能不能滿足建筑熱負(fù)荷時(shí)，利用蓄熱體中儲(chǔ)存的熱量為建筑物供暖。在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)溫室供暖系統(tǒng)和住宅建筑供暖系統(tǒng)進(jìn)行了定性分析，研究了集熱面積、蓄熱體體積以及采暖面積三者之間的關(guān)系，并以西安村鎮(zhèn)典型住宅建筑為模型進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析。 最后，對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中蓄熱體內(nèi)的換熱管道進(jìn)行了傳熱分析，并得出了換熱管道周圍土壤的溫度場(chǎng)分布情況，并基于FLUENT軟件平臺(tái)，建立了地埋管與土壤之間傳熱的三維數(shù)學(xué)模型，對(duì)蓄熱體的蓄熱特性進(jìn)行了研究。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能 跨季節(jié)蓄熱 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU832.17
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.1.1 能源現(xiàn)狀9-10
• 1.1.2 我國(guó)的太陽(yáng)能資源10-11
• 1.2 太陽(yáng)能資源的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 太陽(yáng)能供暖方式12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容15-16
• 2 跨季節(jié)太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存和土壤蓄熱特性分析16-25
• 2.1 太陽(yáng)輻射能和太陽(yáng)輻射量的計(jì)算16-18
• 2.1.1 太陽(yáng)輻射能16-17
• 2.1.2 傾斜表面上太陽(yáng)總輻照度17-18
• 2.2 跨季節(jié)太陽(yáng)能儲(chǔ)存方法18-22
• 2.2.1 太陽(yáng)能儲(chǔ)存方法及分類18-19
• 2.2.2 太陽(yáng)能儲(chǔ)熱的技術(shù)要求19-20
• 2.2.3 跨季節(jié)太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存20-22
• 2.3 土壤的蓄熱特性22-24
• 2.3.1 土壤的熱物性參數(shù)22-23
• 2.3.2 土壤跨季節(jié)蓄熱指標(biāo)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 跨季節(jié)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)25-48
• 3.1 引言25
• 3.2 太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的工作原理25-27
• 3.3 太陽(yáng)能空氣集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)27-31
• 3.3.1 太陽(yáng)能空氣集熱器的設(shè)計(jì)27-30
• 3.3.2 太陽(yáng)能空氣集熱器的布置30-31
• 3.4 地下蓄熱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-33
• 3.5 不同建筑類型的系統(tǒng)評(píng)價(jià)33-46
• 3.5.1 以溫室供熱為例的系統(tǒng)評(píng)價(jià)分析33-43
• 3.5.2 以住宅建筑為例的系統(tǒng)評(píng)價(jià)分析43-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 4 西安村鎮(zhèn)典型住宅建筑的系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-53
• 4.1 典型建筑的選取48-49
• 4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序49-51
• 4.2.1 集熱器面積的估算49
• 4.2.2 集熱器的確定及陣列設(shè)計(jì)49-50
• 4.2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算50-51
• 4.3 系統(tǒng)工作原理及設(shè)計(jì)分析51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 蓄熱系統(tǒng)換熱管道模型的建立及數(shù)值模擬53-69
• 5.1 換熱模型的建立53-56
• 5.1.1 模型假設(shè)53-54
• 5.1.2 換熱管道周圍土壤溫度場(chǎng)方程的求解54-56
• 5.2 數(shù)值方法簡(jiǎn)介56-57
• 5.3 地下蓄熱體的數(shù)值模擬57-68
• 5.3.1 物理模型及基本假設(shè)57-58
• 5.3.2 控制方程及邊界條件58-59
• 5.3.3 網(wǎng)格劃分59
• 5.3.4 模擬結(jié)果及分析59-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 6. 結(jié)論及展望69-71
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 附圖75-76

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