太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究

摘要

太阳能热利用技术是太阳能利用的一个重要途径，它的合理应用可以有效地解决能源紧张问题。太阳能热风采暖系统以其优越的特色，可以弥补热水系统在投资、冷冻、泄漏、启动速度等方面的缺憾，更易于实现与建筑的一体化，宜在村镇建筑中得到广泛应用。在此前提下，本文对太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化进行了研究，重点在于优化热风采暖系统的结构参数和进口参数。
　　 第一，在加拿大Conserval公司设计的Solar Wall基础上进行改进，研制开发了一种无盖板冲缝型空气集热器，建立了数学模型，并进行了实验验证，进而模拟分析了外界参数对集热器热效率的影响。
　　 第二，针对无盖板冲缝型集热器的缺点，进一步提出了盖板式冲缝型空气集热器，并分别对普通玻璃和真空玻璃盖板式集热器进行了理论和实验研究，提出了以有效效率作为评价指标，并结合热效率和空气进出口温升，找到了结构参数和进口参数的优化范围，回归得到了局部阻力系数的经验关系式，证明了这种集热器的优越性；对比两者的性能，发现真空玻璃盖板式集热器的应用效果更好。
　　 第三，综合考虑工作介质和村镇建筑的特点，确定了以卵石作为蓄热材料。以平均蓄热功率和流动阻力为评价指标，研究了不同结构参数和进口参数对蓄热器性能的影响。
　　 第四，总结了太阳能建筑对应用场所和建筑构型的要求，分析了窗户开启形式和开启角度对建筑节能和自然通风的影响；研究了遮阳设施对于保证太阳能建筑夏季正常使用的重要性，开发了独立可执行程序，为不同地区、不同建筑尺寸的挑檐构型优化提供了方便、实用的操作工具。
　　 第五，利用频域回归法计算反应系数，建立了房间内部的动态热平衡方程组，并进行了模型验证；选择一个虚拟太阳能建筑作为模拟对象，研究了集热器面积、蓄热器体积和集热器的吸热板发射率对太阳能保证率的影响。结果表明，在经济条件允许的情况下，应尽量增大集热器面积；在集热器面积一定时，存在合适的蓄热器体积；选择性涂层对系统性能影响很大，应着力开发研究。总体而言，若设计合理，热风采暖系统的太阳能保证率是很高的，可以在初投资较小的情况下，实现提高村镇人民生活水平的目的，同时对村镇建筑的节能减排工作起到良好的促进作用。