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供暖用太阳能空气集热屋面热工性能及应用研究

发布时间:2018-05-28 11:13

  本文选题:太阳能空气供暖 + 吸热芯体 ; 参考:《中国建筑科学研究院》2017年硕士论文


【摘要】:本论文从现有研究中优选出几种性能可靠、经济性较好的吸热芯体形式,将太阳能空气集热技术嫁接于屋面围护结构之上,设计组成一体化的屋面集热构件,使其既承担利用空气集热的任务,又具有围护结构的功能。对优选设计的三种构件在相近条件下进行了多工况性能测试和节能分析。首先,结合现有研究成果,给出了三种构件的设计方案,芯体形式分别为构件1-V型槽吸热芯体、构件2-S型扰流板吸热芯体、构件3-条缝型孔板吸热芯体。在此基础上,分析了构件各组成部分的传热关系,采用集总参数法建立了太阳能空气集热构件的数学模型。从模型出发,对构件的热性能进行了模拟分析,有助于判断实验过程中现场数据的正误。其次,参考国内外标准,通过实验测试给出了3种构件在4个流量(36m3/(h?m2),54m3/(h?m2),72m3/(h?m2),90m3/(h?m2))下的12条瞬时效率曲线。通过效率方程可以得到特定流量、不同入口温度、不同室外温度、不同太阳辐照度下构件的集热效率。在选定的流量范围内,三种构件的效率曲线截距均大于45%。集热性能方面,构件3优于构件2优于构件1。根据实测数据,给出了三种构件适用的推荐运行流量为36~54m3/(h?m2)。构件在该流量范围内运行,可以充分满足末端的送风需求,并减小运行能耗。再次,通过测量三种构件进出口压力降落,给出了三种构件的综合阻力系数。构件1综合阻力系数为80.11,构件2综合阻力系数为83.16,构件3综合阻力系数为73.61。阻力系数的得出便于今后系统设计过程中更加准确地进行水力计算,选择合理的动力设备。此外,采用复合平壁模型分析了构件的传热性能,按照现行规范中对于围护结构传热系数的要求,给出了太阳能空气集热构件作为建筑围护结构的设计建议——构件内部保温采用50mm聚氨酯保温板。最后,在应用方面,对比了全并联单级集热和串并联结合双级集热两种安装方式的集热性能和经济性。在36~54m3/(h?m2)的推荐运行流量范围内,全并联单级集热方案能够充分发挥每部分构件的集热性能,能够满足末端送风需求,是经济可靠的推荐方案。给出了单块构件的节能量和经济性评价指标,确定构件1采用V型槽吸热芯体的非渗透型太阳能空气集热构件为推荐使用的构件形式。太阳能空气供暖技术是清洁能源供暖领域的重要组成,有助于实现供暖无煤化,改善室内热环境的同时,具有显著的节能效益和社会效益。
[Abstract]:In this paper, several heat absorbing core forms with reliable performance and good economy are selected from the existing research, and the solar air heat collecting technology is grafted onto the roof enclosure structure to design the integrated roof heat collecting component. It not only takes on the task of using air heat collection, but also has the function of enclosure structure. The performance test and energy saving analysis of the three components in the optimal design are carried out under similar conditions. Firstly, based on the existing research results, three kinds of design schemes are presented. The core is composed of 1-V groove core, 2-S spoiler core, and 3- slit orifice plate endothermic core. On this basis, the heat transfer relationship of each component is analyzed, and the mathematical model of solar air heat collector is established by lumped parameter method. Based on the model, the thermal performance of the components is simulated and analyzed, which is helpful to judge the correctness and error of the field data during the experiment. Secondly, with reference to the domestic and foreign standards, 12 instantaneous efficiency curves of three kinds of components are given under the four flow rate of 36m3 / hm2 / 54m3 / m2 / 72m3 / hm2t / 90m3P / hm2t). Through the efficiency equation, the heat collection efficiency of the components can be obtained under the specific flow rate, different inlet temperature, different outdoor temperature and different solar irradiance. In the selected flow range, the intercept of the efficiency curve of the three components is greater than 45. In terms of heat collection performance, component 3 is better than component 2 than component 1. According to the measured data, the recommended running flow rate of three components is 364m3 / hm2m2. When the component runs in the range of flow rate, it can fully meet the air supply requirement of the end and reduce the running energy consumption. Thirdly, by measuring the pressure drop at the inlet and outlet of the three components, the comprehensive resistance coefficient of the three components is given. The comprehensive resistance coefficient of component 1 is 80.11, that of component 2 is 83.16, and that of component 3 is 73.61. The calculation of resistance coefficient is convenient for the more accurate hydraulic calculation and the selection of reasonable power equipment in the design process of the system in the future. In addition, the heat transfer performance of the components is analyzed by using the composite flat wall model. According to the requirements of the current code for the heat transfer coefficient of the enclosure structure, In this paper, the design suggestion of solar air heat collector as building envelope structure is given-50mm polyurethane thermal insulation board is used for internal heat preservation of the component. Finally, in the aspect of application, the heat collecting performance and economy of all parallel single-stage heat collection and series-parallel combined two-stage heat collection are compared. Within the recommended operating flow range of 36m ~ (54) m ~ (3 /) / h ~ (2), the all-parallel single-stage heat collection scheme can give full play to the heat collection performance of each component, and can meet the demand of terminal air supply. It is an economical and reliable recommended scheme. The energy saving and economic evaluation index of single block member is given. The non-permeable solar air collector of V-groove endothermic core is selected as the recommended component form of component 1. Solar air heating technology is an important component of clean energy heating field. It is helpful to realize the heating without coal and improve the indoor thermal environment. At the same time, it has remarkable energy-saving and social benefits.
【学位授予单位】:中国建筑科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU111.4;TU832

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本文编号:1946486

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