太阳能炕主被动复合采暖系统在青海的应用研究

摘要

在中国北方农村，冬季寒冷漫长，居民对建筑的采暖的需求十分巨大。火炕作为冬季传统的采暖方式得到了北方居民的广泛应用并且拥有非常悠久的历史。火炕的结构有利于能源的高效利用，对于节省冬季采暖的燃料消耗有着重大意义。但火炕的使用仍然有着热舒适性差，空气污染严重，使用不便，安全性差等缺点。因此，如何为北方居民提供一个节能环保的冬季住宅供暖方案对降低我国的能源消耗与空气污染有着重要意义。
　　太阳能由于其可再生以及清洁环保的优点，是重要的化石能源替代能源。本文中研究了一种新型的太阳能主被动复合采暖民居设计。系统中使用的太阳能炕系统将太阳能光热利用与传统的炕结构结合起来。系统同时结合太阳能被动式空气集热器以及太阳能炕系统，形成主被动复合的采暖系统。太阳能炕将太阳能的应用与炕床高效的能量利用率相结合，替代火炕提供舒适的夜间睡眠环境。太阳能空气集热系统对日间的室内环境进行加热，改善室内热环境。系统安装完成后运行成本低，无污染并且使用方便舒适性高，在实现节能环保的同时提高了用户住宅的热舒适度。论文针对太阳能主被动复合采暖系统进行了实验研究和理论分析，其主要研究工作如下:
　　首先，设计并搭建了太阳能主被动复合采暖系统的实验平台。实验工作在我国青海省实地展开，对系统3种不同工作模式进行了测试，对不同模式下系统与房间的热工性能进行了实验研究。依据实验结果深入分析了太阳能主被动采暖系统的热工性能，验证了系统的可行性与实用性。实验分析为理论模型提供了支持与依据。
　　其次，对太阳能主被动采暖实验系统建立了完整的数学模型并编写了相应的数值模拟程序。将数值模拟的计算结果与实验数据进行了比较，验证了所建立的数学模型的准确性。程序可模拟系统的整个运行过程，计算系统各个部件以及房间各部分在系统运行中的温度变化，为太阳能炕的性能评估与优化设计提供了有效的依据。
　　综上，本论文的工作为太阳能炕主被动复合采暖系统的热性能研究及其在北方寒冷地区的应用与推广提供了实验依据与科学基础，并为系统的进一步优化与改进提供了理论与实验基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 世界能源现状

1．2 中国能源现状

1．3 太阳能应用发展现状

1．3．1 太阳能光伏技术发展现状

1．3．2 太阳能光热技术发展现状

1．3．3 太阳能与建筑一体化的发展现状

1．4 本文研究课题的提出背景

1．4．1 我国传统火炕的现状与特点

1．4．2 传统火炕供暖的缺陷

1．4．3 传统火炕的研究现状

1．4．4 本课题的提出

1．5 本文的工作内容

第二章 太阳能主被动复合采暖建筑的实验平台

2．1 太阳能主被动复合采暖建筑的结构与工作原理

2．2 实验平台的搭建

2．3 实验测量的仪器与方法

2．3．1 太阳辐照的测定

2．3．2 实验台的温度测量

2．3．3 热水流量的测量

2．4 本章小结

第三章 太阳能炕主被动复合采暖系统的实验结果及分析

3．1 太阳能炕子系统单独运行的实验结果

3．1．1 晴天辐照充足情况下太阳能炕系统的工作情况

3．1．2 阴天辐照不足状态下太阳能炕系统的工作情况

3．2 太阳能空气集热系统单独运行的实验结果

3．3 太阳能炕与太阳能空气集热系统同时运行的实验结果

3．4 实验结果与系统优化的讨论

3．4．1 对太阳能炕系统的讨论

3．4．2 对太阳能空气集热系统的讨论

3．5 本章小结

第四章 太阳能炕主被动复合采暖系统的理论模型与验证

4．1 太阳能主被动复合采暖建筑的理论模型

4．1．1 太阳能空气集热器的数学模型

4．1．2 太阳能炕系统的数学模型

4．1．3 测试间墙体的换热模型

4．1．4 测试间室内空气温度模型

4．2 测试间理论模型的数值模拟与验证

4．3 通过仿真程序对系统不同工作状态下的讨论

4．3．1 复合系统在保温优良的建筑内的工作情况

4．3．2 太阳能炕自动控制与夜间睡眠热舒适度的优化

4．4 本章小结

第五章 全文工作总结与展望

5．1 论文主要工作及创新点

5．2 后续工作展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果