严寒地区被动式太阳房集热墙系统热环境研究

发布时间：2020-05-20 19:42

【摘要】：太阳能集热蓄热墙是被动式太阳房重要的建筑围护结构形式,能够充分利用太阳能,改善室内热舒适度,有效降低建筑能耗。虽然目前有关太阳能集热墙的技术已经相对成熟,但仍存在冬季室内温度偏低、昼夜温差较大、室内热空气分布不均匀等亟待解决的问题。为了解决上述问题,本文利用CFD仿真模拟软件,建立了带有传统集热墙房间的计算模型,对模型分别进行了瞬态和稳态求解,深入研究了集热墙外表面冬季集热特性;通风口以及室内温度场、风速场分布特性;墙体尺寸参数以及墙体表面构造对集热墙系统热环境的影响。与此同时,给出了提高集热效率的墙体尺寸优化方案和增设百叶帘的改造方案。仿真模拟结果表明:地理位置和墙体热惰性影响通风口启闭时间,新疆严寒区应在太阳升起后2 h左右开启通风口,在太阳落山1-2 h前关闭通风口,谨防冷空气“倒灌”,影响室内热舒适性。稳态时,集热墙体温度和密度的等值线分布均匀对称,热空气向上流动过程中朝墙体中心靠上位置聚集,受墙体顶部阻隔后受迫向两边绕流,在出风口附近密度分布呈涡旋状。墙体中间靠上区域比出风口区域温度高10℃左右,建议在此处增设出风口,提高室内的热循环效率,使温度分布相对均匀,改善室内热环境。由此可见,空气间层内空气吸收热量和气流运动受墙体外表面的结构影响较大。对于2.8m高、3m宽的太阳能集热墙体,通风口的最佳尺寸为直径0.18m,空气间层厚度取0.16m-0.18m较为合适。增设百叶帘的改造方案,提高了集热墙的集热效果,降低了室内昼夜温度波动,起到保温隔热的作用。为了进一步验证新型百叶集热墙体的集热效率,在仿真模拟结果基础上,对石河子大学试验场已建成的带有传统集热墙系统的实验房进行了局部改造,即在集热墙外表面悬挂百叶,利用对比试验,现场测试了新型集热墙系统的冬季集热性能,验证了模拟研究的结果。现场试验表明:2018年1月13日至2018年1月14日,太阳辐射强度峰值分别为480 W/M~2和不超过420 W/M~2条件下,新型百叶集热墙系统房间和带有传统集热墙的房间最高温度差值分别为4.4℃,2.2℃。在72小时内,新型百叶集热墙系统房间和带有传统集热墙的房间的室内平均温度差达3.1℃,新型百叶集热墙系统房间最大气温日较差低于传统集热墙房间约2.4℃;相同的外部气象条件下,新型百叶集热墙系统房间白天室内平均气温高于普通房间约13.2℃,夜间室内平均气温高于普通房间约9.1℃。本文关于严寒地区被动式太阳能集热墙系统的热环境研究结果,为该地区新建或既有被动式太阳能房的优化改造方案提供了参考依据。
【图文】：

图 1-1 中国太阳能资源分布Fig.1-1 The distribution of solar energy resources in China太阳能房的概述太阳房是指根据自然地理位置，合理的布置建筑物朝向和建筑外部环境，，和外部形体，因地制宜地恰当选择建筑材料、节点构造，使其在冬季能够

图 1-2 带有传统特朗伯集热墙体的太阳房工作原理Fig. 1-2 Schematic diagram of the solar house with traditional Trombe wall3.2 太阳能集热蓄热墙的国外研究现状特朗伯墙体作为被动式太阳能集热蓄热墙的原型，得到了国外学者广泛的关注和研
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU111.4

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张山清;普宗朝;李景林;;近50年新疆日照时数时空变化分析[J];地理学报;2013年11期

2 王蕾;姜曙光;;被动式太阳房适应性及经济性研究[J];建筑经济;2010年12期

3 伍桂松;;煤制天然气产业发展的几点思考[J];现代化工;2010年07期

4 王恒一;;太阳房的特朗勃墙与高效集热墙的对比分析[J];太阳能;2010年06期

5 王峥;任毅;;我国太阳能资源的利用现状与产业发展[J];资源与产业;2010年02期

6 沈思晨;;中国房地产业的“低碳时代”[J];经济导刊;2010年03期

7 何建坤;陈文颖;滕飞;刘滨;;全球长期减排目标与碳排放权分配原则[J];气候变化研究进展;2009年06期

8 陈永辉;王强;朴明波;;湍流模型的发展及其研究现状[J];能源与环境;2009年02期

9 刘佳;何清;刘蕊;陈向军;;新疆太阳辐射特征及其太阳能资源状况[J];干旱气象;2008年04期

10 宋江;周景石;;风环境的模拟与其在设计中的运用[J];建筑节能;2008年04期

相关博士学位论文 前4条

1 洪晓强;新型太阳能光热技术在住宅建筑中的应用研究[D];中国科学技术大学;2016年

2 程秀花;温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究[D];江苏大学;2011年

3 黄丽丽;有限元三维六面体网格自动生成与再生成算法研究及其应用[D];山东大学;2010年

4 赵金玲;黄、渤海沿岸被动式太阳能建筑热性能的研究[D];大连理工大学;2008年

相关硕士学位论文 前4条

1 杨薇;基于CFD的设施环境气温时空变化预测模型研究[D];南京农业大学;2015年

2 陈龙;严寒地区村镇建筑间歇式太阳能热风自采暖应用研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

3 沈义;我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价[D];兰州大学;2014年

4 江雯;多孔太阳墙采暖房的性能测试与优化设计[D];华中科技大学;2012年

本文编号：2673103