被动式太阳能采暖建筑室内空气品质的研究

摘要

被动式采暖降温技术是古老而传统的调节方法，近年来随着对建筑集成太阳能空气集热器研究的不断深入，WSAC(Wall mounted Solar Air collector)房屋自然调节方式对室内空气环境带来的影响引起了人们越来越多的关注，具体体现在以下几个方面：由于热空气循环导致1)室内湿度变化对健康及舒适度的影响；2)室内扬尘引起的潜在健康问题；以及3)高温空气循环对提高室内卫生水平的作用等。但目前对这类特殊建筑室内空气品质的研究非常少，与被动式太阳能空气采暖降温技术的快速发展不相适应。基于这样的背景，本研究着重以WSAC实验房及太阳能学校为对象，对基于特朗勃墙原理的太阳能空气采暖系统作用下的室内温湿度变化、可吸入颗粒物浓度及菌落总数等进行了实测调查研究，并利用数值仿真的方法研究分析了不同送风速度下的室内流场特点，并讨论了其与可吸入颗粒物迁移特性的关联性。本论文的主要章节内容及研究成果概述如下：
　　 基于第1章和第2章的研究背景回顾和相关基础知识的论述，在第3章，重点阐述了对大连市近10年新建住宅的气密性、换气性能及室内空气环境的调查结果。结果表明，实测住宅采暖期的室内空气品质和气密性能良好，但均不能满足65％节能设计标准所规定的0.5次/h换气次数的设计要求。此外，在第3章还论述了采用窗用通风器对室内空气品质影响的实验研究结果。自然通风量及室内外温差对换气性能起决定性作用。在相同的实验条件下，自然通风量增大2.1倍左右，室内甲醛浓度下降幅度要增大30％。
　　 第4章主要讨论了对WSAC实验房和使用集热蓄热墙(嵌入式WSAC)采暖的太阳能小学室内环境的实测调查结果。通过温湿度、菌落总数及可吸入颗粒物等参数的测试，主要得出以下结论：1)WSAC采暖不但可以有效地提高室温，而且空气流经WSAC后所含菌落总数降低，说明其内部高温环境对抑制空气微生物生存具有一定的作用；2)WSAC内上升气流速度远大于颗粒物的自身运动速度，进入模块内的颗粒物会随着气流运动再次回到室内。当送风速度大于0.2m/s时，沉积于风道中的灰尘也易被带入室内。并且在机械循环工况下，风门和风机动作对近风口处可吸入颗粒物浓度有一定的扰动作用，风机动作后，风口附近测点浓度标准差分别是前后相对稳定阶段的2～3倍。
　　 第5章应用数值模拟方法，分析研究了不同送风速度作用下WSAC房屋室内的气流场特点。根据模拟结果，当送风速度从1.5m/s变化到3.5m/s时，工作区风速逐渐变大，但近地面风速均小于0.2m/s，不易引起地面扬尘。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 本研究的意义及问题的提出

1.2 基于热空气循环的自然调节建筑室内空气品质的研究现状

1.3 国内被动式太阳房应用现状及存在的问题

1.4 研究目的及主要内容

2 关联室内空气污染物的检测及分析方法

2.1 关联室内空气污染物的特性

2.1.1 微生物

2.1.2 颗粒物

2.2 室内空气污染物的检测与评价

2.2.1 空气污染物检测方法

2.2.2 空气污染物客观评价标准

2.3 室内微粒的运动

2.3.1 微粒的受力

2.3.2 气流对微粒的迁移作用

2.4 气流场模拟理论基础

2.4.1 基本控制方程

2.4.2 控制方程的通用形式

2.4.3 湍流模型

2.4.4 κ-ε两方程模型

2.4.5 壁面函数法

2.4.6 控制方程的离散

2.5 本章小结

3 既有住宅建筑换气性能、室内空气品质实测调查及改进策略

3.1 实测调查概述

3.1.1 实测对象

3.1.2 测试方案及内容

3.1.3 测试仪器

3.2 实测住宅室内环境现状

3.2.1 建筑气密性能要求

3.2.2 实测住宅建筑气密性能

3.2.3 室内甲醛、TVOC污染现状

3.3 窗用通风器换气性能实验

3.3.1 通风器换气原理

3.3.2 通风器换气性能测试

3.4 本章小结

4 WSAC对IAQ的影响研究

4.1 应用WSAC采暖建筑测试对象

4.1.1 太阳能实验房

4.1.2 太阳能学校

4.1.3 测试仪器及工况

4.2 WSAC采暖对热湿环境的调节作用

4.2.1 WSAC不同工况下室内温湿度变化

4.2.2 集热墙采暖教室室内环境调查

4.3 热循环对空气微生物的影响

4.3.1 不同工况下WSAC内部空气温度分布

4.3.2 空气微生物浓度测试

4.4 WSAC运行对室内颗粒物的扰动作用

4.4.1 WSAC内气流速度分布

4.4.2 室内可吸入颗粒物浓度的变化

4.4.3 WSAC近风口处可吸入颗粒物浓度变化

4.5 本章小结

5 WSAC采暖室内气流场模拟初探

5.1 FLUENT软件数值计算概述

5.2 模型选择

5.2.1 物理模型

5.2.2 物理模型简化假设

5.2.3 数学模型的选择

5.3 边界条件设置

5.4 网格生成

5.5 室内气流场模拟结果分析

5.5.1 模拟与实测温度对比

5.5.2 空气气流分布特性

5.5.3 不同送风速度下的室内气流场

5.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢