寒冷地区居住建筑太阳能低温地板辐射采暖系统的实验研究

摘要

随着人们对建筑舒适性要求的不断提高，采暖能耗还将进一步增加。目前采暖消耗的主要是煤、石油等化石能源，CO2、SO2等气体的排放对环境造成了严重的污染。在能源开发和生态环境日益激化的今天，众多新能源中，太阳能具有众多其他能源无法相比的优点，作为一种再生的清洁能源备受青睐。 针对目前能源短缺和环境问题，本文提出了太阳能与低温地板采暖技术相结合的供暖方式，建立了济南地区倾斜面上的太阳辐射模型。 为了对太阳能低温地板辐射采暖系统优化设计，首先，利用火用分析法对太阳能集热器进行了热力学分析，得出了太阳能集热器选型的合理依据。接着，从地板构造层材料的热物理性质方面阐述了其蓄热特性，以某实际地板辐射采暖房间为研究对象，建立了采暖房间热力过程的数学模型和间歇供热数值模拟的模型，采用CFD数值模拟技术，通过模拟不同室外温度参数下采暖房间的温度场以及热源停止后室内温度场的变化情况，得出了不同状态下采暖房间内的温度分布。利用热源停止后室内温度场的模拟结果和济南地区供暖期室外温度的分布情况，建立了济南地区间歇供热时间表。然后，利用综合能源价格法对辅助热源的方式进行了经济性分析，得出了符合能源的匹配原则的辅助热源方式。最后，通过对集热器的面积、储热水箱的体积和太阳能保证率三个参数的经济性优化分析，得出了三个参数之间的最佳状态点。 依据太阳能低温地板辐射采暖系统优化设计的结论，建立了太阳能低温地板辐射采暖实验系统，对系统的运行性能进行实验研究，通过与理论计算结果的对比分析，验证了优化设计的结论的正确性，从而为太阳能低温地板辐射采暖技术在济南地区的推广和应用提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景与意义

1.1.1当前世界能源的状况

1.1.2当前我国能源的状况

1.1.3建筑节能与太阳能的利用

1.1.4我国太阳能资源状况

1.1.5低温地板辐射采暖系统的特点

1.1.6太阳能低温地板辐射采暖系统

1.1.7课题理论意义及推广价值

1.2国内外研究现状及发展动态

1.2.1国外研究现状及发展动态

1.2.2国内研究现状及发展动态

1.3课题研究的主要内容和目的

第2章太阳辐射特点与计算

2.1太阳辐射的特点

2.2太阳角的计算

2.3济南地区太阳能集热器倾角的计算

2.4太阳辐射照度的计算

2.4.1太阳法线辐射照度的计算

2.4.2水平面上太阳辐射照度的计算

2.4.3倾斜面上太阳辐射照度的计算

2.5本章小结

第3章太阳能低温地板辐射采暖系统优化设计

3.1太阳能集热器

3.1.1太阳能集热器的选型

3.1.2太阳能集热器的热力学分析

3.2低温地板辐射采暖系统分析

3.2.1采暖地板的结构形式

3.2.2地板辐射采暖系统的蓄热特性分析

3.2.3 间歇供热的研究

3.3辅助热源的分析

3.3.1辅助热源位置的确定

3.3.2辅助热源方式的分析

3.4集热器与储热水箱的分析

3.4.1太阳能低温地板辐射间歇供热系统的模型

3.4.2太阳能集热器面积与储热水箱体积的关系

3.4.3整个供暖期的供热系统设计和经济性优化

3.5本章小结

第4章太阳能低温地板辐射采暖系统的实验研究

4.1太阳能低温地板辐射采暖系统的实验目的

4.2太阳能低温地板辐射采暖系统的实验任务

4.3太阳能低温地板辐射采暖系统的实验对象

4.4太阳能低温地板辐射采暖实验系统

4.4.1太阳能低温地板辐射采暖系统测点的布置

4.4.2实验系统房间内测点的布置

4.4.3室外气象参数的测定

4.5太阳能低温地板辐射采暖系统的控制系统

4.5.1现场控制器

4.5.2太阳能低温地板辐射采暖系统的控制

4.6实验结果分析

4.7本章小结

第5章结论与展望

5.1研究成果及主要创新点

5.2建议和展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况