严寒地区浅层地热联合太阳能集热墙系统优化研究

发布时间：2020-08-29 08:44

　　 基于我国西北严寒地区非集中式供暖的农村住宅存在采暖能耗过高、环境污染严重等问题,本文提出了一种浅层地热联合太阳能集热墙系统,该系统是在被动式太阳房的基础上联合浅层地热能的一种新型应用形式,一方面利用太阳能集热墙系统提高或降低室内温度,另一方面是利用地下室对上部房间内的热量进行蓄调,提高室内的热舒适性。本文选用现场测试和数值模拟方法对浅层地热联合太阳能集热墙系统运行工况进行研究,以新疆省石河子市石河子大学试验场1连的被动式太阳能试验房为对象,研究测试其最优供暖通风运行模式。另外,选取了一幢与该试验房一层建筑面积、结构、布局相同的普通农宅作为对照房进行相应的热工参数测试。夏季,对比分析了3种通风模式和3种通风时间的降温效果。试验结果表明:采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的通风模式C3的室内平均温度明显优于其它模式,平均温度降低了2.64℃;通风时间为12 h的C5模式,其被动降温效果优于其他两种模式,且随着通风时间的延长,被动降温效果出现下降的趋势。冬季,对比分析了3种供暖模式、不同天气状况(晴天、阴天)下的供暖效果。试验结果表明:采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的供暖模式C8的供暖效果优于其他模式;晴天时,试验房室内温度基本维持在9.4~13℃,且白天室内温度有5 h≥12℃,基本满足了该地区农村住宅冬季对供暖的需求;阴天时,试验房全天室内温度变化平稳,基本维持在4.3℃左右;当室外天气状况为晴天且空气质量指数(air quality index,AQI)符合二级标准限值时,试验房在采暖期内10月、11月、及次年的3月、4月,可仅依靠浅层地热联合太阳能集热墙系统满足室内温度的要求,节能效果显著。同时,利用数值计算方法对浅层地热联合太阳能集热墙系统进行数值模拟,分析了增设地下室对太阳能试验房冬夏季供暖通风效果的影响和太阳能集热墙上、下通风口和地下室顶板通风口开启时间对系统运行效果的影响。数值模拟的结果表明:浅层地热联合太阳能集热墙系统供暖通风效果优于太阳能集热墙系统;建议严寒地区新疆农村住宅采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的被动式太阳房集热墙上、下通风口和地下室顶板通风口适合在12:00-13:00左右开启运行、在下午18:00-19:00左右关闭,并且地下室顶板通风口应在晚上0:00-8:00时间段维持开启状态。本研究为新疆严寒地区农村应用浅层地热联合太阳能集热墙系统的被动式太阳房的冬夏季供暖通风模式的选取设置及优化,提供了简单实用的技术参考。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM615
【部分图文】：

图 1-1 中国太阳能资源分布Fig.1-1 The distribution of solar energy resources in China资源分布特征热资源相当丰富，主要类型可为隆起山地型和沉积盆地型[8]，也、干热岩型、水热型[9]，具体分布情况如下图 1-2 所示。其中，热能是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至 200 m 埋下水中的温度低于 25 ℃的能源，可用于建筑夏季制冷和冬季供利用浅层地热能资源量若按标准煤量计算，可折算成 3.5 亿吨，层地热能开发利用，能节约近 2.5 亿吨标准煤，而且可以减少 1]。作为燃煤减量替代型清洁能源，浅层地热能的开发利用将

图 1-1 中国太阳能资源分布Fig.1-1 The distribution of solar energy resources in China资源分布特征热资源相当丰富，主要类型可为隆起山地型和沉积盆地型[8]，也、干热岩型、水热型[9]，具体分布情况如下图 1-2 所示。其中，热能是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至 200 m 埋下水中的温度低于 25 ℃的能源，可用于建筑夏季制冷和冬季供利用浅层地热能资源量若按标准煤量计算，可折算成 3.5 亿吨，层地热能开发利用，能节约近 2.5 亿吨标准煤，而且可以减少 [11]。作为燃煤减量替代型清洁能源，浅层地热能的开发利用将

太阳能集热墙是由结构简单、应用广泛的实体式集热蓄热来的。它的南墙采用重质墙体，并对其做了保温层，在南以外），集热板紧贴于墙面，玻璃与墙体之间形成具有一墙体的上、下部分别预留通风口，促使热风自然的循环。集热墙工作原理白天，空气间层内部空气被吸收太阳辐射玻璃盖板和集热度时，开启重质墙体上、下通风口，使室内冷空气经下通间层加热后由上通风口进入室内，促使室内的循环对流，夜间，关闭集热墙上、下通风口，通过白天储存在重质墙温度。白天，打开房屋北向的窗户、重质墙体下部通风口和玻璃通风模式。由于大量的太阳辐射被玻璃盖板和重质墙体接气，使得空气间层内空气密度发生改变，与室外空气形成生了 热虹吸 作用。此作用不断引导室内的空气经重质墙；这部分空气在空气间层被加热后，由玻璃盖板的上部气面的窗户作为进风口不断地向室内补充温度相对较低室外空

【参考文献】

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本文编号：2808328