太阳能通风技术实验研究

论文摘要

随着我国建筑节能和环保工作的开展,利用自然通风改善室内环境越来越受到人们的重视。自然通风是一项改善建筑热环境、有效降低空调能耗、同时能够创造可持续发展的绿色建筑的常用技术。建筑通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口,在风压和热压作用下产生空气流动。太阳能通风是一种热压作用下的自然通风措施。它利用太阳辐射增大进出口空气的温差,提供空气流动的浮升力,达到增加室内通风风量降低室温的目的。本文通过实验对太阳能通风进行了研究。本课题主要是利用实验法对太阳能通风墙、太阳能烟囱和太阳能通风屋顶的通风应用特性进行实验研究,并分析了其应用的综合效益,为我国绿色建筑中推广应用太阳能通风技术提供理论依据。首先在国内外对太阳能通风墙、太阳能烟囱和太阳能通风屋顶研究的基础上对实验模型进行理论分析。结果表明,室内温度一定时,出口空气温度越高,通风量越大;在出口空气温度一定时,在出口处加湿量越大,通风量越小,不加湿时,通风量最大。所以,出口段加湿并不能增加系统的通风量。然后搭建了实验平台。实验以重庆地区的气象条件为基础,在夏季和过渡季节不同的太阳辐射和不同的运行模式下,测试太阳能通风系统在不同条件下的热工性能、逐时温度场、通风能力,及其太阳能利用的效率,并对实验结果进行分析和整理。另外,本课题提出一种新型太阳能蓄热通风系统,即将太阳能通风与相变蓄热材料相结合,充分利用太阳能。该系统可以与建筑结构融为一体,能够做到高效采暖、有效通风。实验中研究了采用不同相变蓄热材料的太阳能通风屋顶在间歇通风模式和白天通风时的运行状况及通风量,并在文章中对太阳能通风屋顶的逐时温度场进行了分析。实验结果表明:太阳能通风墙的进出口面积越大,通风量越大;在白天通风时,太阳能通风墙单位集热面面积的通风量是185 m3/h,太阳能烟囱单位集热面面积的通风量是204 m3/h,太阳能通风墙与烟囱相结合通风时的通风量是104m3/h,单位集热面面积的通风量是83m3/h,这主要是因为太阳能通风墙与太阳能烟囱连接处的空气阻力很大,限制了该系统通风量的增加。采用相变蓄热材料的太阳能通风屋顶,在白天通风时,单位集热面面积的通风量是132m3/h,在间歇通风10小时的时候单位集热面面积的通风量在60~80m3/h之间。白天蓄热时通风口关闭有利于增加自然通风量,采用60℃的相变温度比40℃的相变温度更有助于增加自然通风量,在室外有风速时有助于增加自然通风量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.1.1 通风技术的研究背景
• 1.1.2 通风技术在长江流域居住建筑中的应用前景
• 1.2 国内外研究的发展与现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 小结
• 1.3 本课题研究的主要内容与目标
• 1.3.1 本课题研究的目的
• 1.3.2 本论文研究的主要内容与目标
• 2 太阳能通风原理
• 2.1 自然通风原理
• 2.1.1 热压自然通风原理
• 2.1.2 热压自然通风量计算
• 2.1.3 风压自然通风
• 2.2 太阳能通风机理分析
• 2.2.1 通风量方程
• 2.2.2 能量方程
• 2.3 通风量的影响因素分析
• 2.4 本章小结
• 3 太阳能通风系统实验方案设计
• 3.1 实验模型
• 3.1.1 太阳能通风墙
• 3.1.2 太阳能烟囱
• 3.1.3 太阳能通风屋顶
• 3.2 实验模型计算分析
• 3.2.1 通风量计算
• 3.2.2 出口段加湿对通风量的影响分析
• 3.2.3 太阳辐射能计算及分析
• 3.2.4 空气吸热量计算
• 3.2.5 间歇通风时间及累计风量的计算
• 3.3 实验模型能量平衡计算分析
• 3.3.1 太阳能通风墙的能量平衡计算分析
• 3.3.2 太阳能通风屋顶的能量平衡计算分析
• 3.3.3 间层空气向外界的散热计算
• 3.4 相变蓄热材料的分析计算
• 3.4.1 相变蓄热材料的选择
• 3.4.2 相变蓄热材料的封装
• 3.4.3 相变蓄热材料需要量的计算
• 3.5 CFD 模拟分析
• 3.6 实验仪器
• 3.7 本章小结
• 4 实验内容及步骤
• 4.1 太阳能通风墙及烟囱实验
• 4.1.1 太阳能通风墙
• 4.1.2 太阳能烟囱
• 4.1.3 太阳能通风墙与烟囱相结合
• 4.2 太阳能通风屋顶实验
• 4.2.1 太阳能通风系统与相变蓄热的结合策略
• 4.2.2 太阳能通风屋顶与相变蓄热材料结合的实验
• 4.3 蓄热材料的热熔实验及DSC 测试
• 4.4 本章小结
• 5 实验结果分析及应用分析
• 5.1 太阳能通风墙及烟囱实验
• 5.1.1 自然通风量的对比和分析
• 5.1.2 太阳辐射能及壁面温度的对比和分析
• 5.1.3 温度场的对比和分析
• 5.2 蓄热材料的物性实验
• 5.2.1 密度测试
• 5.2.2 热熔实验
• 5.2.3 DSC 测试
• 5.3 太阳能通风屋顶日间通风实验
• 5.3.1 自然通风量的对比和分析
• 5.3.2 太阳辐射能及壁面温度的对比和分析
• 5.3.3 温度场的对比和分析
• 5.4 太阳能通风屋顶间歇通风实验
• 5.4.1 自然通风量的对比和分析
• 5.4.2 太阳辐射能及壁面温度的对比和分析
• 5.4.3 空气通道中水平方向温度场的对比和分析
• 5.4.4 空气通道内部垂直方向温度场的对比分析
• 5.4.5 空气通道出口垂直方向温度场的对比分析
• 5.5 太阳能通风系统的应用分析
• 5.5.1 太阳能通风系统的应用分析
• 5.5.2 太阳能通风与相变蓄热结合应用的分析
• 5.5.3 太阳能通风系统的综合效益分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 展望与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录