太陽(yáng)能空氣集熱模塊結(jié)合熱質(zhì)的熱過(guò)程分析

【摘要】： 隨著采暖空調(diào)能耗在全社會(huì)總能耗中所占的比例逐漸增大,可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用也越來(lái)越受到重視。采用太陽(yáng)能空氣集熱器的被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑是一種直接利用太陽(yáng)能進(jìn)行采暖的建筑形式,集熱器的熱效率以及建筑結(jié)構(gòu)的蓄放熱特性,對(duì)建筑室內(nèi)熱舒適性有直接的影響。因此,了解這種特殊建筑的由重質(zhì)材料(混凝土等)所組成的室內(nèi)熱質(zhì)(Thermal mass)的蓄放熱特性,對(duì)于抑制室溫波動(dòng)起著重要的作用。 本課題源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——關(guān)于含太陽(yáng)能集熱墻體部件住宅建筑最佳熱輸運(yùn)過(guò)程的研究,利用新建成的太陽(yáng)空氣集熱建筑模塊(簡(jiǎn)稱:模塊)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(包括兩間實(shí)驗(yàn)房和一間對(duì)比房),以采用模塊與室內(nèi)熱質(zhì)耦合式建筑為研究對(duì)象,通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)研究,著重探討了全年在模塊的作用下熱質(zhì)的蓄放熱特性對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響,得到的創(chuàng)新性研究成果如下: 首先,分析了新建建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)潛熱交換對(duì)熱質(zhì)蓄放熱量的影響。因新建建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的含水量較大,干燥過(guò)程中的潛熱交換對(duì)熱質(zhì)的蓄放熱特性的影響較為明顯,通過(guò)比較剛建成和干燥八個(gè)月后的實(shí)驗(yàn)房混凝土樓板蓄熱工況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到在相同的樓板蓄熱量30W/m~2時(shí),夜間樓板放熱量分別為2W/m~2和8W/m~2,樓板的蓄放熱特性會(huì)隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)的干燥而得到改善。 其次,對(duì)耦合式建筑的冬季室溫均一化效果和夏季結(jié)合遮陽(yáng)、通風(fēng)的降溫效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在室內(nèi)熱質(zhì)的作用下,冬季采用樓板蓄熱工況時(shí),實(shí)驗(yàn)房夜間室內(nèi)溫度的波動(dòng)僅為2℃,南墻因采用了混凝土墻體結(jié)構(gòu),壁面溫度的波動(dòng)也明顯低于其他朝向墻體。夏季實(shí)驗(yàn)房夜間通過(guò)采用通風(fēng)與混凝土樓板蓄冷相結(jié)合的方法,使室內(nèi)溫度保持在舒適性設(shè)計(jì)溫度26℃以下;同時(shí)清晨室內(nèi)溫度比未通風(fēng)時(shí)降低了1.3℃。 最后,提出了一個(gè)可以預(yù)測(cè)耦合式建筑熱質(zhì)蓄放熱特性的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型,通過(guò)模擬計(jì)算可知,當(dāng)太陽(yáng)輻射照度達(dá)到600 W/m~2時(shí),即可滿足大連地區(qū)1月份實(shí)驗(yàn)房白天的熱負(fù)荷(室內(nèi)設(shè)定溫度為18℃),當(dāng)輻射照度超過(guò)600 W/m~2時(shí),可考慮采用蓄熱工況。在供熱量相同的情況下,熱質(zhì)的熱容量及厚度對(duì)墻體蓄放熱特性及室內(nèi)溫度均有著重要的影響,當(dāng)熱質(zhì)的熱容量增加40%時(shí),蓄熱量可增加20%;當(dāng)混凝土熱質(zhì)的厚度由0.3m變到0.7m時(shí),蓄熱量增加了8%,但當(dāng)供熱量較小時(shí),厚度對(duì)熱質(zhì)蓄熱量的影響不大。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能空氣集熱建筑模塊 耦合式建筑 建筑結(jié)構(gòu)蓄熱 蓄放熱特性 室溫均一化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TU832
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 建筑蓄熱的研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 熱質(zhì)的概念及評(píng)價(jià)參數(shù)10-12
• 1.2.2 熱質(zhì)蓄放熱特性的影響因素12-14
• 1.2.3 耦合自然通風(fēng)的建筑蓄冷技術(shù)的研究14
• 1.2.4 基于熱質(zhì)蓄熱的被動(dòng)式采暖降溫技術(shù)的研究14-15
• 1.3 建筑蓄熱方式15-20
• 1.3.1 墻體蓄熱15-18
• 1.3.2 樓板蓄熱18-20
• 1.4 本研究課題的提出20-22
• 1.4.1 目前存在的問(wèn)題20-21
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容及方法21
• 1.4.3 研究創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 2 建筑結(jié)構(gòu)顯熱蓄熱研究的理論基礎(chǔ)22-29
• 2.1 考慮建筑蓄熱的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱計(jì)算方法22-25
• 2.1.1 均質(zhì)平壁墻體的傳遞矩陣23-24
• 2.1.2 基于系統(tǒng)辨識(shí)的頻域回歸法(FDR)24-25
• 2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)得熱及負(fù)荷分析25-28
• 2.2.1 透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射得熱25-26
• 2.2.2 輻射換熱角系數(shù)的計(jì)算26-28
• 2.2.3 考慮蓄熱作用的室內(nèi)冷熱負(fù)荷的計(jì)算28
• 2.3 小結(jié)28-29
• 3 顯熱蓄熱體與集熱模塊耦合的被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的實(shí)驗(yàn)研究29-44
• 3.1 實(shí)驗(yàn)概述29-33
• 3.1.1 耦合式建筑的設(shè)計(jì)理念29-31
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置31
• 3.1.3 測(cè)點(diǎn)布置31-32
• 3.1.4 實(shí)驗(yàn)方案32-33
• 3.2 新建耦合式建筑的冬季熱性能分析33-37
• 3.2.1 熱質(zhì)蓄熱對(duì)室內(nèi)舒適性影響的潛力分析33-34
• 3.2.2 耦合式建筑的室溫均一化效果34-36
• 3.2.3 新建建筑潛熱交換對(duì)蓄熱效果的影響36-37
• 3.3 耦合式建筑的夏季降溫效果分析37-43
• 3.3.1 大連地區(qū)的夏季室外降溫潛力37-38
• 3.3.2 耦合式建筑的夏季過(guò)熱問(wèn)題38-39
• 3.3.3 白天熱壓通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的調(diào)節(jié)作用39
• 3.3.4 集熱器遮陽(yáng)和排風(fēng)對(duì)室內(nèi)溫度和壁面溫度的影響39-40
• 3.3.5 夜間通風(fēng)模式作用下室內(nèi)溫度的變化40-43
• 3.4 小結(jié)43-44
• 4 耦合式建筑的傳熱計(jì)算模型44-53
• 4.1 計(jì)算模型的假設(shè)條件44
• 4.2 傳熱計(jì)算模型的建立44-46
• 4.2.1 集熱模塊的熱平衡45
• 4.2.2 樓板蓄熱(冷)系統(tǒng)的熱平衡45-46
• 4.2.3 室內(nèi)空氣和其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱平衡46
• 4.3 傳熱系數(shù)的確定46-48
• 4.4 傳熱模型的求解48
• 4.5 模型的驗(yàn)證48-50
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證48-50
• 4.5.2 誤差分析50
• 4.6 小結(jié)50-53
• 5 耦合式建筑的集熱蓄熱性能的理論分析53-59
• 5.1 計(jì)算概述53
• 5.2 太陽(yáng)輻射照度對(duì)壁面溫度和集熱模塊集熱性能的影響53-55
• 5.2.1 太陽(yáng)輻射照度對(duì)墻體外表面和集熱模塊送風(fēng)溫度的影響53-54
• 5.2.2 太陽(yáng)輻射照度對(duì)集熱模塊供熱量的影響54-55
• 5.3 集熱模塊的熱量分配對(duì)樓板蓄、放熱特性的影響55-56
• 5.4 樓板蓄、放熱特性的影響因素56-58
• 5.4.1 樓板蓄熱體的材料對(duì)蓄熱性能的影響56-57
• 5.4.2 樓板蓄熱體的厚度對(duì)蓄熱性能的影響57-58
• 5.5 小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 附錄A 模擬程序63-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況74-75
• 致謝75-76

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