太阳能与生物质能互补的地板采暖系统中室内热环境研究

摘要

针对建筑生活用能中能源利用率低、能源浪费严重的问题，本文以温度为恒量室内热舒适度的指标，利用太阳热能与生物质厌氧发酵的互补特点，提出了从室内热环境分析入手，在定量分析室内热舒适度的基础上剖析建筑节能潜力的研究新思路。 首先，本课题依据低温地板辐射采暖房中温度特点和热用户的普遍活动规律，修改了我国现有建筑采暖规范的规定“整个房间的最低温度不低于设计规范要求的最低温度289K”，提出了新的热舒适度标准，即“如果室内2m水平面以下的平均温度达到了289K就认为整个房间内的温度可以满足用户热舒适性的要求”。新热舒适度标准的提出是原有建筑采暖规范的定量细化。 接着，本课题以兰州地区气温特点为依据，在抽象物理模型基础上建立了低温地板辐射采暖房三维数值传热模型，对低温地板辐射采暖房内热环境进行了理论模拟，并基于室内热舒适新标准分析了低温地板辐射采暖系统的节能性、经济性及环保性，对比了低温地板辐射采暖与传统散热器采暖的模拟结果，得出了两种采暖方式在温度场和能耗方面的差异。 最后，本课题在低温地板辐射采暖热环境研究的基础上，按照室内热舒适度的新标准所得到的低温地板辐射采暖房热负荷，设计出了太阳能和生物质能互补的低温地板辐射采暖别墅。此太阳能和生物质能互补的低温地板辐射采暖别墅系统不但实现了太阳能热利用、生物质能高效发酵和低温地板辐射采暖系统的有效结合，而且有效的解决了太阳能热利用技术中昼夜、季节、气候等因素变化的影响，从而实现了低成本、高效率供暖。通过计算可知此太阳能别墅的能源利用效率可达82％，火用效率可达到23.3％，投资回报期为3.4年。 综上所述，本课题基于一种全新的思路和新的热舒适度标准研究了地板辐射采暖系统的节能问题并且得到了很多有价值的结论。本课题的研究不仅修改了相关的采暖规范使整个采暖系统具有更大的节能性，而且具体计算出了兰州地区地板采暖的节能率，为地板采暖在西北地区的推广和普及奠定了一定的基础，另外本课题设计出的太阳能别墅供能系统对零能耗建筑的发展有一定的借鉴作用。

目录

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论文说明：图表目录

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第1章地板辐射采暖概论

1.1课题背景

1.1.1建筑节能与热舒适度的辩证关系

1.1.2太阳能建筑节能与低温地板采暖

1.2太阳能低温地板辐射采暖系统的研究现状

1.2.1国内外研究现状

1.2.2国内外研究现状的不足及对本课题的启示

1.3本课题的研究目标、思路、内容和意义

1.3.1研究目标

1.3.2研究思路

1.3.3研究内容

1.3.4研究意义

1.4本章小结

第2章地板辐射采暖热环境模拟与分析

2.1物理模型

2.2数学模型

2.2.1地板表面的对流传热

2.2.2地板表面的辐射传热

2.2.3综合传热量

2.2.4控制方程和初始条件

2.3结果与分析

2.3.1新热舒适度标准下的室内热环境分析

2.3.2新热舒适度标准时的最低地板温度和地板供水温度

2.4本章小结

第3章散热器采暖与地板采暖的对比

3.1地板采暖特点与散热器采暖特点的对比

3.2散热器采暖房室内热环境模拟与试验验证

3.3地板采暖与散热器采暖热环境的对比

3.4地板采暖房和散热器采暖的能耗对比

3.5本章小结

第4章太阳能和生物质能互补的地板采暖系统设计

4.1新型太阳能与生物质能互补的地板采暖系统

4.2系统的经济性分析

4.2.1负荷分配方案

4.2.2沼气池设计

4.2.3太阳能集热器设计

4.2.4燃气锅炉和循环水泵

4.2.5系统总投资

4.2.6系统收益

4.2.7系统投资回报期

4.3系统的热力学性能分析

4.3.1系统的火用和能量品味

4.3.2系统能源利用效率

4.3.3系统火用效率

4.4本章小结

第5章结论、创新点与展望

5.1本研究的结论

5.2本研究的创新点

5.3本研究的展望

参考文献

致谢

附录