應用于北方農(nóng)村的太陽能空氣集熱模塊的技術(shù)研究

【摘要】：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)民收入水平在逐步提高，農(nóng)村建筑的能耗已經(jīng)成為我國建筑節(jié)能不可忽略的問題，農(nóng)村商品能消耗量出現(xiàn)快速增長的趨勢。目前北方地區(qū)農(nóng)村住宅的商品能主要以煤炭為主，冬季的供暖的消耗占全年消耗量的90%以上，由于簡易鍋爐的低效燃燒，不僅增加了農(nóng)民的負擔，并且對室內(nèi)外環(huán)境造成嚴重污染。另外北方地區(qū)農(nóng)村建筑相對分散，接收太陽光照面積大，因此太陽能采暖具有很好的發(fā)展?jié)摿?。論文以適用于北方地區(qū)農(nóng)村住宅的太陽能空氣集熱模塊為研究對象，進行了理論分析和實驗研究。 論文建立了太陽能空氣集熱模塊傳熱過程熱量平衡方程，用Matlab軟件對方程組求解，對太陽能空氣集熱模塊傳熱過程進行了分析。根據(jù)理論分析，設計了一種太陽能集熱模塊裝置，對其結(jié)構(gòu)形式及運行參數(shù)進行了實驗研究。建立了太陽能空氣集熱模塊數(shù)學模型，利用Fluent計算軟件進行數(shù)值模擬研究。太陽能集熱模塊的實驗結(jié)果與數(shù)值結(jié)果的基本相符。 對集熱模塊結(jié)構(gòu)的研究表明：其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，集熱板由平板改為波紋板，集熱效率提高15%，波紋型集熱板集熱效果最佳。對平板集熱模塊，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，集熱板開孔數(shù)增加一倍，集熱效率提高10%左右；放置三塊隔板集熱效率增加10%。集熱器在冬季傾角為65°時集熱效率高于60°傾角。 在集熱模塊運行中集熱效率的影響最大的因素是太陽能的輻照度，其次是通過集熱器的流量，最佳流量為20m3/h。 對北京地區(qū)一單體式農(nóng)村住宅采用太陽能空氣集熱模塊供暖進行經(jīng)濟性分析，每年可以節(jié)省約50%的采暖費，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 【關(guān)鍵詞】：太陽能空氣集熱模塊 數(shù)值模擬 集熱效率 實驗研究 農(nóng)村
【學位授予單位】：北京建筑工程學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TK513;TU18
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 符號說明7-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 太陽能空氣集熱模塊簡介10-11
• 1.2.2 太陽能空氣集熱模塊的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.3 太陽能空氣集熱模塊與建筑集成技術(shù)研究16-17
• 1.3 本研究目的及內(nèi)容17-18
• 第2章 太陽能空氣集熱模塊傳熱理論計算與分析18-29
• 2.1 建立傳熱理論計算模型及計算分析18-25
• 2.1.1 傳熱理論計算模型18
• 2.1.2 太陽能得熱量計算18-19
• 2.1.3 確定各項傳熱系數(shù)19-21
• 2.1.4 模塊內(nèi)各項流量計算21-24
• 2.1.5 太陽能空氣集熱模塊傳熱過程熱量平衡方程24-25
• 2.2 熱平衡方程分析25
• 2.3 太陽能輻射計算可視化25-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 太陽能空氣集熱模塊性能實驗研究29-43
• 3.1 實驗臺簡介29-31
• 3.2 實驗方法31-32
• 3.3 實驗結(jié)果分析32-42
• 3.3.1 平均溫度結(jié)果及分析32-36
• 3.3.2 集熱效率計算與結(jié)果分析36-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 太陽能空氣集熱模塊三維數(shù)值模擬43-69
• 4.1 數(shù)值模擬理論計算基礎(chǔ)43-45
• 4.2 物理模型的建立45-46
• 4.3 太陽輻射模型的選取46
• 4.4 邊界條件的設定46-47
• 4.4.1 設定壁面邊界條件47
• 4.4.2 設定內(nèi)部單元區(qū)域47
• 4.4.3 設定流動進出口邊界條件47
• 4.5 設定其他模擬條件47
• 4.6 數(shù)值模擬方案與結(jié)果分析47-59
• 4.7 模擬工況效率分析59
• 4.8 實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析59-67
• 4.9 本章小結(jié)67-69
• 第5章 應用太陽能空氣集熱器采暖的效益分析69-72
• 5.1 農(nóng)村住宅建筑能耗模擬分析69-70
• 5.2 節(jié)能性分析70-71
• 5.3 太陽能空氣集熱器經(jīng)濟性分析71-72
• 結(jié)論72-73
• 參考文獻73-77
• 附錄77-84
• 致謝84

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