地道形状与通风时间对地道风降温的影响研究

论文摘要

近年来,随着采暖空调建筑的迅速增加,我国的采暖空调能耗急剧上升,提高能源的利用效率和节能减排已成为当今主题。由于地道风降温系统简单,节省能源和投资,响应了我国的能源发展战略,所以地道风的应用前景是很广泛的。长期以来,研究的地道通风大都采用天然或者人工地道,势必忽略一些因素对地道通风降温效果的影响。为使新建地道能充分利用地道周围土壤冷量,达到良好的降温效果,本文试图从地道形状和通风时间两方面对地道通风降温效果的影响来探寻优化新建地道设计的方法。本文在讲述了地道风降温技术在国内外研究现状的基础上,列举了各种不同地层土壤材料的热物性参数,并对地层土壤的热物性参数进行了讨论。然后,根据已知条件得出地层土壤内部的温度计算公式,并根据该计算公式,阐述了地层土壤内部温度波的变化特性,即温度波的延迟与衰减。另外,本文分析了夏季室外空气在地道中的冷却过程,建立了数学模型,给出边界条件,最后给出模型的计算方法。本文主要工作是:建立壁面和空气之间传热数学模型,在一定的边界条件下,利用FLUENT软件对空气和地道换热过程进行动态模拟分析。在模拟计算中,主要分析不同的地道形状与不同的间歇通风时间对地道通风降温效果的影响,得出不同条件下空气经地道换热后的空气终温,并对其进行分析后,得出结论。其一:相同截面面积的方管地道和圆管地道对空气降温效果相差不大,所以工程上采用容易得到的圆管。而相同截面面积的双圆管地道对空气降温效果明显优于单圆管,大约能多提供40%的冷量。其二:间歇通风的降温效果明显优于连续通风,在满足用户室内温湿度要求的情况下,尽量减少通风时间。本文通过分析湘北地区村镇住宅地道通风设计中地道形状和通风时间对降温效果的影响得出的结论,为湘北村镇住宅及类似地区建筑的地道通风优化提供了设计方法。对于目前湘北村镇住宅及类似地区建筑地道通风设计在没有具体规范指导的情况下,本文的研究成果对湘北村镇住宅及类似地区建筑地道通风设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和意义
• 1.4 本文的结构框架
• 第2章 地层温度变化特点与计算
• 2.1 地层材料的热物理性能
• 2.1.1 导热系数
• 2.1.2 比热
• 2.1.3 热扩散率
• 2.2 地层原始温度的计算与特性分析
• 2.2.1 地层温度的计算公式
• 2.2.2 地层温度的特性分析
• 2.3 岳阳市地层温度
• 2.4 本章小结
• 第3章 地道风降温基本原理与 FLUENT 应用
• 3.1 地道冷却降温过程的基本原理
• 3.2 数学模型的建立
• 3.3 FLUENT 模拟软件及物理模型的建立
• 3.3.1 FLUENT 模拟软件简介
• 3.3.2 物理模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 地道形状与通风时间对地道风降温的影响分析
• 4.1 分析前提
• 4.2 模型介绍
• 4.3 相同截面面积的圆、方管地道对地道风降温影响的模拟分析
• 4.3.1 单圆管d=0.5m 模拟
• 4.3.2 方管a=0.443m 模拟
• 4.3.3 效果比较
• 4.3.4 理论定量分析
• 4.3.5 结论
• 4.4 相同截面面积的单、双圆管地道对地道风降温影响的模拟分析
• 4.4.1 单管d=1m，双管d=0.708m
• 4.4.2 单管d=1.5m，双管d=1.06m
• 4.4.3 单管d=2m，双管d=1.414m
• 4.4.4 分析管径对地道风降温效果的影响
• 4.4.5 分析管径对双管地道间距的影响
• 4.4.6 分析通风时间对双管地道间距的影响
• 4.4.7 结论
• 4.5 连续、间歇通风对地道风降温的影响模拟分析
• 4.5.1 连续通风
• 4.5.2 每天间歇通风8 小时
• 4.5.3 每天间歇通风16 小时
• 4.5.4 连续、间歇通风降温效果的比较
• 4.5.5 结论
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论通用性分析
• 5.1 传热的本质
• 5.2 不同地区土壤表面年平均温度
• 5.3 结论通用性分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所参与的项目