太阳能烟囱强化自然通风在多层建筑中的应用研究

论文摘要

自然通风技术广泛应用于现代建筑节能中,是改善室内空气品质和降低空调能耗的重要技术手段。而仅仅依靠自然气候条件下的自然通风往往受许多不确定性因素影响,如果能借助一定设备提高建筑自然通风性能又不消耗很多能源,则能更有效的利用自然通风技术。太阳能烟囱利用太阳辐射加热烟囱内空气,为空气提供浮升力,促进烟囱系统的空气流动,是一种节能环保的通风技术。本文应用数值模拟方法研究了太阳能烟囱强化自然通风技术应用在多层建筑中的可行性,并针对烟囱的缺点提出改善措施。本文以Trombe式太阳能烟囱为例,基于长沙地区的气候条件,使用k-ε湍流模型和增强壁面函数法,对稳态条件下太阳能烟囱应用于多层建筑时的通风性能进行了详细分析。针对多层建筑中不同层数自然通风效果的差异,以各层入口处通风量代表对应楼层建筑的通风量,并分别研究了不同条件下烟囱内气流组织状况。通过数值模拟研究发现,建筑各层的通风量不相等,一层通风量大于其它楼层。太阳能烟囱用在两层建筑时存在最佳宽度,当层数增加到三层及以上时,烟囱入口容易产生逆流,给烟囱通风性能带来不利影响。针对Trombe式太阳能烟囱应用在多层建筑中建筑上层逆流较多等缺点,本文提出三种改善太阳能烟囱强化自然通风性能的措施并分别进行验证。研究发现：分隔式太阳能烟囱各层通风量互不影响,但一层通风量比连通式太阳能烟囱小。改变Trombe式太阳能烟囱二层入口倾角后烟囱各层的通风量未增大,但改善了烟囱内气流组织状况。一体化太阳能烟囱对改善Trombe式太阳能烟囱通风性能效果明显,各层通风量增大,改善了Trombe式太阳能烟囱在某些工况下三层以上气流倒灌的缺点。以通风换气次数为标准,分析各种太阳能烟囱的适用性。Trombe式烟囱上下层通风效果差异大,对实际建筑不适用；一体化烟囱上下层通风效果均衡,能满足多种功能建筑通风要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 太阳能烟囱研究方法介绍
• 1.2.2 应用实例介绍
• 1.2.3 各种太阳能烟囱的性能比较
• 1.2.4 目前研究中存在的问题
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 课题研究方法
• 第二章 太阳能烟囱强化自然通风原理分析及模型建立
• 2.1 太阳能烟囱强化自然通风原理分析
• 2.1.1 热压自然通风
• 2.1.2 太阳能烟囱强化自然通风原理分析
• 2.2 模型的建立
• 2.2.1 物理模型
• 2.2.2 数学模型
• 2.2.3 标准k-ε模型和RNG k-ε模型
• 2.2.4 壁面处理方法
• 2.2.5 余量收敛的判据
• 2.3 本章小结
• 第三章 Trombe式太阳能烟囱应用在多层建筑中的数值模拟
• 3.1 研究对象及相关参数设置
• 3.1.1 研究对象
• 3.1.2 相关参数设置
• 3.1.3 边界条件
• 3.2 结构参数对太阳能烟囱通风量的影响
• 3.2.1 烟囱宽度对通风量的影响
• 3.2.2 烟囱进出口宽度对通风量的影响
• 3.2.3 烟囱层数对通风量与的影响
• 3.3 太阳能烟囱内空气速度场分析
• 3.3.1 烟囱宽度变化时烟囱内空气速度场
• 3.3.2 烟囱进出口宽度变化时烟囱内空气速度场
• 3.3.3 烟囱层数变化时烟囱内空气速度场
• 3.4 太阳能烟囱内空气温度场与压力场分析
• 3.4.1 烟囱内温度场分析
• 3.4.2 烟囱内压力场分布
• 3.5 适用性分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 太阳能烟囱的改进
• 4.1 改善Trombe式太阳能烟囱自然通风性能
• 4.1.1 两种不同结构的Trombe式太阳能烟囱自然通风效果比较
• 4.1.2 改变二层入口倾角对Trombe式太阳能烟囱通风性能的影响
• 4.2 一体化太阳能烟囱自然通风效果研究
• 4.2.1 通风量分析
• 4.2.2 速度场分析
• 4.2.3 温度场分析
• 4.2.4 压力场分析
• 4.3 改进后太阳能烟囱适用性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的论文