寒冷地区农居新型太阳能采暖技术设计研究

摘要

随着我国农村经济的快速发展，能源问题已成为制约其进一步发展的主要因素之一。寒冷地区农居冬季普遍缺柴少煤，相当一部分农居依靠直接燃烧生物质提供生活和采暖用能，室内热舒适度水平低下，并产生大量有害物质，对环境造成严重污染，威胁着广大农民的身体健康。而大部分寒冷地区太阳能资源相当丰富，具有发展太阳能采暖技术的优良条件，使利用太阳能采暖技术改善寒冷地区农居冬季室内热舒适度成为可能。但现有太阳能采暖技术不同程度的存在热效率低、性能不稳定、造价高等缺点，不能满足寒冷地区农居太阳能采暖的需要。 针对以上问题，本文对寒冷地区农居新型太阳能采暖技术进行设计研究。 首先，通过采取实地走访、测试、问卷调查等方式对寒冷地区7个地市农居太阳能采暖设计的相关问题进行实态调查，总结、提升出适用寒冷地区农居太阳能采暖设计的13种模式语言，为后期新型太阳能采暖技术研究和农居太阳能采暖设计打下基础。 其次，对保温遮阳型太阳能空气集热模块(SCMTS)的基本构造，与建筑模数相协调的基本模块、附加模块及接口构造进行设计；对冬夏季不同工况进行分析；使用AIRPAK软件对影响热工性能的主要设计参数，进行优化设计，结果表明当空气间层为100mm且卷帘距集热板40mm安装时，热性能最好；冬季夜晚卷帘的使用相当于给外墙增加热阻值为0.47m<'2>·K/W的外保温，提高了外墙保温性能；通过使用AIRPAK软件对传统特隆布墙和SCMTS的夏季降温通风性能进行对比发现，出风口风速和温度均有不同程度的增加，每小时可节约1.46kw的能量，夏季降温效果显著。 再次，对太阳能炕采暖系统进行研究。对在寒冷地区农居中使用太阳能炕采暖系统的可行性进行讨论；建立太阳能炕采暖系统数学模型，使用MATLAB编制模拟计算程序，对系统进行数值模拟分析；对太阳能炕采暖系统及各组成部分进行选型，使用ANSYS软件分析盘管间距、盘管埋深对设计参数的影响；对系统主要设计参数给出了简易的计算方法，以便于设计人员选用。 最后，结合银川农居建设实际工程，对两种新型太阳能采暖技术进行实践研究。依据当地气候特征，使用WEATOOL、ECOTECT软件，对农居的选址、朝向、建筑设计等方面进行优化，并将直接受益窗与两项新型太阳能采暖技术相结合，以解决农居冬季采暖问题；对三种太阳能采暖技术协同作用下的室内舒适度、节能性、经济性、CO<,2>减排量进行研究，结果表明，其PMV值在-0.34～0.53之间，年节能量为31692.63 MJ，回收年限为2.12年，寿命周期内CO<,2>减排量54.2t。本文研究的两种新型太阳能采暖技术及太阳能采暖设计方法可广泛应用于寒冷地区农居，解决农民冬季采暖的问题，改善冬季室内舒适度。同时，也为农居太阳能采暖设计者提供了有益的参考。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及学位论文使用授权声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3存在问题

1.4研究课题来源及意义

1.5研究内容及方法

1.6研究框架

第2章寒冷地区农居太阳能采暖现状调研

2.1寒冷地区的界定

2.2自然地理特征分析

2.3寒冷地区农居太阳能采暖实态调查

2.4太阳能采暖设计模式语言

2.5小结

第3章保温遮阳型太阳能空气集热模块研究

3.1可行性分析

3.2基本构造

3.3模块化构造设计

3.4冬夏季工况分析

3.5主要设计参数确定

3.6冬季保温性能分析

3.7夏季通风降温性能分析

3.8节能性分析

3.9小结

第4章太阳能炕采暖系统研究

4.1可行性分析

4.2系统概述

4.3数值模拟分析

4.4系统设计

4.5系统选用

4.6主要设计参数确定

4.7小结

第5章寒冷地区农居太阳能采暖设计实践

5.1项目概述

5.2设计理念

5.3气候分析

5.4被动式太阳能采暖技术与舒适度分析

5.5最佳朝向确定

5.6建筑设计

5.7通风设计

5.8围护结构设计

5.9户间组合方式设计

5.10被动式太阳能采暖技术——直接受益窗和SCMTS技术的应用

5.11主动式太阳能采暖技术——太阳能炕采暖系统的应用

5.12室内舒适度评价

5.13节能性分析

5.14经济性分析

5.15 CO2减排量分析

5.16小结

结语

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况