寒冷地区羊舍太阳能热风土壤蓄热供暖系统研究
发布时间：2021-04-01 02:50
我国牧区畜牧业主要分布在北方地区,寒冷地区冬季气候恶劣,对牲畜生长十分不利,需要利用主动式供暖技术,改善圈舍冬季室内温度。本文详细介绍了太阳能热风土壤蓄热供暖系统的系统构成和工作原理,在此基础上分别建立了两级加热无盖板渗透型集热器和土壤空气换热器的数学模型。为探究系统在寒冷地区畜牧业的应用效果,本文将其应用于达茂旗地区一羊舍中。根据太阳辐射和两级加热型集热器的理论模型,利用MATLAB软件计算出集热器出口热风全年逐时温度。分析了土壤热物理性质和土壤空气换热器换热性能的影响因素,利用FLUENT软件建立土壤空气换热器和羊舍的三维瞬态模型,分别模拟系统在蓄热期和供暖期的工作性能。结果表明,集热器出口处热风温度大部分时间在30℃以上,空气温升在25℃以上,即使在冬季,白天大部分时间的热风温度也可满足向室内供暖需求。系统蓄热期为4个月（6月1日～9月21日）,在蓄热期结束时,土壤温度为41.9℃,共升温26.9℃;供暖期共7个月（9月22日～4月30日）,除1月下旬至3月下旬室内温度无法达到10℃,其他时间室内温度和系统换热效率均能达到预期要求,系统运行情况良好。最后本文对系统性能提出了改进措...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能热风土壤蓄热供暖系统示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学业论文1.2.2太阳能集热系统太阳能集热系统分为集热器和输送系统两部分，能够利用太阳能将室外新鲜空气加热并送入室内，起到供暖和供给新风双重作用。无盖板渗透型集热器（UnglazedTranspiredCollector，简称UTC）是一种以空气为载热体的太阳能集热器[6]。集热器安装在建筑南墙，由集热板、墙体和集热板与墙体之间形成的10~20cm厚度空气间层构成，其他四面做隔热处理，如图1-2。集热板为1-2mm厚的多孔金属板，表面喷涂选择性吸收涂料，能够将太阳能转化为热能。多孔集热板上小孔与空气间层和建筑内部通风管道连通，与风机和风阀形成输送系统。其工作原理是，冲有小孔的集热板在太阳辐射作用下吸热升温，风机启动，室外空气由于负压从小孔进入集热器，并沿空气间层上升，在流动过程中吸收太阳能集热板中热量，最后通过管道进入供暖房间或蓄热系统中。渗透型集热器以空气为传热介质，与太阳能热水器相比，优势明显。（1）系统启动快，工作范围广，冬季运行时无需考虑冻结问题；（2）传热介质对设备管道没有腐蚀作用；（3）系统对密封性要求较低；（4）可引入新鲜空气，保证室内通风良好，改善室内空气品质。图1-2无盖板渗透型集热器结构图UTC相比于平板型空气集热器有很多优点（1）集热效率高，正常工作时，集热效率可达到60~70%，集热器出口空气温升达到16~40℃；（2）集热板面积相同的条件下，UTC可处理的新风量远远多于平板型空气集热器，可以更好的满足使用者对新风的需求；（3）易于与屋顶、墙体等建筑外围护结构相结合，满足建筑一体化需求。（4）适用范围广，不仅可以用于各种类型建筑供暖、预-3-
哈尔滨工业大学工学硕士学业论文本文中土壤空气换热系统采用多管并联、开式循环与闭式循环相结合的空气循环形式，如图1-3。蓄热期间，系统引入的空气来源是经过集热器加热的室外新风，与土壤换热后由建筑通风口排出，为开式循环系统；放热期间，室外气温较低，系统进风采用室内回风，通风口关闭，室内空气通过土壤换热升温后再送回室内，为闭式循环系统。地埋管蓄热土壤图1-3多管并联式土壤空气换热系统示意图1.2.4控制系统太阳能热风土壤蓄热供暖系统可分为三种运行模式，分别为土壤蓄热、热风供暖、土壤取热供暖。控制系统以温度作为风机和阀门开闭、调节的判断依据，根据热风温度、室内外温度和土壤温度判断系统运行模式。在夏季蓄热期，日照时间长，室外温度较高，建筑无需供暖，系统只有土壤蓄热一种运行模式。白天，热风温度高于土壤温度（入风口处），出风口a关闭，热风从集热器的出风口，通过管道进入土壤空气换热系统，将热量传递给土壤，土壤吸热升温。与土壤换热后，带有余热的空气从出风口b进入室内，由通风口排出。晚上或太阳辐射强度较小时，热风低于土壤温度，系统停止运行。在冬季供暖期，分为以下几种情况：（1）热风温度高于土壤温度（出风口处），系统采用土壤蓄热模式。（2）室外气温高于设定温度（10℃），且热风温度低于土壤温度和室内温度。此时热风温度达不到给土壤蓄热的温度，也无法给室内供暖，系统处于关闭状态，既不蓄热，也不供暖。（3）室外气温高于设定温度，热风温度低于土壤温度（出风口处），高于室外气温。此时热风虽达不到可以给土壤蓄热的温度，但可以直接给室内供暖。-5-
本文编号：3112552
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能热风土壤蓄热供暖系统示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学业论文1.2.2太阳能集热系统太阳能集热系统分为集热器和输送系统两部分，能够利用太阳能将室外新鲜空气加热并送入室内，起到供暖和供给新风双重作用。无盖板渗透型集热器（UnglazedTranspiredCollector，简称UTC）是一种以空气为载热体的太阳能集热器[6]。集热器安装在建筑南墙，由集热板、墙体和集热板与墙体之间形成的10~20cm厚度空气间层构成，其他四面做隔热处理，如图1-2。集热板为1-2mm厚的多孔金属板，表面喷涂选择性吸收涂料，能够将太阳能转化为热能。多孔集热板上小孔与空气间层和建筑内部通风管道连通，与风机和风阀形成输送系统。其工作原理是，冲有小孔的集热板在太阳辐射作用下吸热升温，风机启动，室外空气由于负压从小孔进入集热器，并沿空气间层上升，在流动过程中吸收太阳能集热板中热量，最后通过管道进入供暖房间或蓄热系统中。渗透型集热器以空气为传热介质，与太阳能热水器相比，优势明显。（1）系统启动快，工作范围广，冬季运行时无需考虑冻结问题；（2）传热介质对设备管道没有腐蚀作用；（3）系统对密封性要求较低；（4）可引入新鲜空气，保证室内通风良好，改善室内空气品质。图1-2无盖板渗透型集热器结构图UTC相比于平板型空气集热器有很多优点（1）集热效率高，正常工作时，集热效率可达到60~70%，集热器出口空气温升达到16~40℃；（2）集热板面积相同的条件下，UTC可处理的新风量远远多于平板型空气集热器，可以更好的满足使用者对新风的需求；（3）易于与屋顶、墙体等建筑外围护结构相结合，满足建筑一体化需求。（4）适用范围广，不仅可以用于各种类型建筑供暖、预-3-
哈尔滨工业大学工学硕士学业论文本文中土壤空气换热系统采用多管并联、开式循环与闭式循环相结合的空气循环形式，如图1-3。蓄热期间，系统引入的空气来源是经过集热器加热的室外新风，与土壤换热后由建筑通风口排出，为开式循环系统；放热期间，室外气温较低，系统进风采用室内回风，通风口关闭，室内空气通过土壤换热升温后再送回室内，为闭式循环系统。地埋管蓄热土壤图1-3多管并联式土壤空气换热系统示意图1.2.4控制系统太阳能热风土壤蓄热供暖系统可分为三种运行模式，分别为土壤蓄热、热风供暖、土壤取热供暖。控制系统以温度作为风机和阀门开闭、调节的判断依据，根据热风温度、室内外温度和土壤温度判断系统运行模式。在夏季蓄热期，日照时间长，室外温度较高，建筑无需供暖，系统只有土壤蓄热一种运行模式。白天，热风温度高于土壤温度（入风口处），出风口a关闭，热风从集热器的出风口，通过管道进入土壤空气换热系统，将热量传递给土壤，土壤吸热升温。与土壤换热后，带有余热的空气从出风口b进入室内，由通风口排出。晚上或太阳辐射强度较小时，热风低于土壤温度，系统停止运行。在冬季供暖期，分为以下几种情况：（1）热风温度高于土壤温度（出风口处），系统采用土壤蓄热模式。（2）室外气温高于设定温度（10℃），且热风温度低于土壤温度和室内温度。此时热风温度达不到给土壤蓄热的温度，也无法给室内供暖，系统处于关闭状态，既不蓄热，也不供暖。（3）室外气温高于设定温度，热风温度低于土壤温度（出风口处），高于室外气温。此时热风虽达不到可以给土壤蓄热的温度，但可以直接给室内供暖。-5-
本文编号：3112552
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