北方农村节能型吊炕的研究

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。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景与研究的目的及意义

1.2国内外的研究现状及分析

1.3本论文的研究内容与技术路线

第2章 北方农村火炕供暖的调研与分析

2.1北方农村气候概况

2.2北方农村火炕供暖方式的调研

2.3北方农村火炕存在的问题

2.4北方农村火炕的改进与发展

2.5本章小结

第3章 节能型吊炕供暖系统的运行测试

3.1节能型吊炕供暖系统的提出

3.2实验地点及概况

3.3测量参数及测试方法

3.4测试结果分析

3.5本章小结

第4章 节能型吊炕数值模型建立及求解

4.1物理模型

4.2数学模型及求解

4.3边界条件与材料物性参数的设置

4.4网格划分及无关性验证

4.5本章小结

第5章 节能型吊炕烟气流动换热数值模拟

5.1节能型吊炕模型验证

5.2节能型吊炕烟气流动换热数值模拟

5.3燃烧时间对吊炕热工性能的影响

5.4烟气入口速度对吊炕热工性能的影响

5.5炕面蓄热层厚度对炕面温度的影响

5.6节能型吊炕运行参数的确定

5.7本章小结

结论

研究展望

参考文献

声明

致谢