北方农村节能型吊炕的研究

发布时间：2017-09-20 23:15

  本文关键词：北方农村节能型吊炕的研究

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【摘要】：我国东北农村处于严寒或寒冷地区,在寒冷的12月-1月的时间段内,室内外温差经常在30℃-40℃的范围内,供热能耗巨大。根据调研结果显示,火炕在农村冬季供暖方式中占据着不可代替的位置,火炕供暖是适合北方农村的供暖方式。北方广大农村地区一直沿袭此习惯,难以适应城镇的集中供暖方式。但传统落地炕存在着炕面温度不均、热效率低、室内热环境与空气品质差等几个方面的问题,需要更加科学的设计依据和理论基础进行改进优化。本文针对传统落地炕采暖存在的诸多问题,提出了节能型吊炕的供暖系统。节能型吊炕取消了炕洞设置的烟气阻隔,炉膛与灶膛分开,炉膛上方的拱形水套与室内土暖气构成循环水系统,拱形水套内的水吸收了烟气产生的余热。侧面用散热钢板代替原红砖壁面,灶和灶膛的下方连接与室外相连的通风管,为秸秆燃烧提供氧气,使室内气压稳定,使秸秆燃烧充分。为了验证节能型吊炕供暖系统的技术优势,在五常市榆树县的一栋新建农宅中搭建了节能型吊炕,并对其进行了热工性能测试,同时选取一普通吊炕进行对比实验。测试结果表明:在农村平均采暖能耗条件下,节能型吊炕日供热能力相比普通吊炕提升了18.8kW?h。节能吊炕的炕面温度均匀;且比普通吊炕供暖系统效率提高6.06%;农宅室内温度有明显提升;户内CO、CO2浓度已经降低至标准范围以内,室内空气品质有了明显的改善。由于现场测试条件的限制,测试过程中只能得到烟气进出口的温度数据,难以测得烟道内部的烟气流动换热情况。为了弥补测试的不足,对节能型吊炕进行了建模计算,利用Fluent软件对不同边界条件下吊炕温度场、速度场及相关热工性能参数进行了详细研究。结果表明,燃烧时间、烟气入口流速及炕面蓄热层厚度对吊炕的热工性能均有影响。缓慢均匀添加燃料,可以使炕面温度更加均匀;烟气入口流速增大,排烟热损失增大,但燃料燃烧热损失减少,合理确定烟气入口速度,可以使能源利用效率达到最高;合理设计炕面蓄热材料的厚度,可以控制炕面平均温度、炕面温度均匀度在合理范围内。最后将优化的运行参数结合起来,与优化前的节能吊炕参数进行了对比,验证了最佳设计、运行参数的优越性与正确性。本文提出的节能型吊炕适合北方农村的各类农村住宅建筑,为北方农村吊炕的设计与运行提供了理论依据。
【关键词】：节能型吊炕 寒区农宅 供暖系统 实测分析 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景与研究的目的及意义9-12
• 1.1.1 研究背景9-11
• 1.1.2 研究的目的及意义11-12
• 1.2 国内外的研究现状及分析12-17
• 1.2.1 火炕实验分析研究现状13-15
• 1.2.2 火炕理论分析研究现状15-17
• 1.2.3 国内外文献综述的简析17
• 1.3 本论文的研究内容与技术路线17-19
• 第2章 北方农村火炕供暖的调研与分析19-30
• 2.1 北方农村气候概况19
• 2.2 北方农村火炕供暖方式的调研19-24
• 2.3 北方农村火炕存在的问题24-25
• 2.4 北方农村火炕的改进与发展25-28
• 2.4.1 高效预制组装吊炕25-27
• 2.4.2 火墙式火炕27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 节能型吊炕供暖系统的运行测试30-45
• 3.1 节能型吊炕供暖系统的提出30-31
• 3.2 实验地点及概况31-33
• 3.3 测量参数及测试方法33-37
• 3.3.1 测量参数及测点布置33-34
• 3.3.2 测试方法及使用仪器34-37
• 3.4 测试结果分析37-43
• 3.4.1 炕板上表面温度波动和分布37-39
• 3.4.2 炕烟气进出口温度及成分分析39-40
• 3.4.3 炕的热效率40-41
• 3.4.4 炕对室内热环境的影响41-43
• 3.4.5 节能型吊炕的经济性43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 节能型吊炕数值模型建立及求解45-56
• 4.1 物理模型45-46
• 4.2 数学模型及求解46-50
• 4.2.1 控制方程46-47
• 4.2.2 辐射模型47
• 4.2.3 湍流模型47-48
• 4.2.4 控制方程的离散48-49
• 4.2.5 松弛因子设置及方程求解49-50
• 4.3 边界条件与材料物性参数的设置50-54
• 4.3.1 边界条件设置50-54
• 4.3.2 材料物性参数设置54
• 4.3.3 收敛判断依据54
• 4.4 网格划分及无关性验证54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 节能型吊炕烟气流动换热数值模拟56-81
• 5.1 节能型吊炕模型验证56-59
• 5.2 节能型吊炕烟气流动换热数值模拟59-61
• 5.3 燃烧时间对吊炕热工性能的影响61-66
• 5.4 烟气入口速度对吊炕热工性能的影响66-73
• 5.5 炕面蓄热层厚度对炕面温度的影响73-78
• 5.5.1 均匀蓄热层厚度对炕面温度的影响73-75
• 5.5.2 不均匀蓄热层厚度对炕面温度的影响75-78
• 5.6 节能型吊炕运行参数的确定78-80
• 5.7 本章小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-89
• 致谢89

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本文编号：890976