太阳能炕和Trombe墙相结合的新型采暖系统的数值研究

摘要

现有传统火炕污染大、温控难，而地板采暖和被动式太阳能采暖系统又具有成本高，效率低等不足，远不能满足舒适度要求。鉴于此，主动式太阳能炕采暖系统和Trombe墙相结合的新型太阳能采暖系统在本文中被提出。特别针对主动式太阳能炕系统进行了详细的调研，选择了适合本系统的集热器类型和面积、水箱容量、炕体材料和结构等。 本文针对单独的主动式太阳炕采暖系统，建立了系统的动态传热模型，并对多个不同地区的天气情况进行模拟，分析了太阳能炕对地区气候条件的要求。结果显示，对于太阳辐照很好的城市，如：西藏的整个采暖期的太阳能保证率为0.740，大连地区为0.674，这两个地区只需提供少量的辅助加热就可以满足当地的采暖需求；对于光照不足、室外温度又很低的城市，太阳能保证率很低，哈尔滨太阳能保证率为0.210、大同为0.410，需要采用更大面积的太阳能集热器来保证炕面温度。研究结果还表明，太阳能炕系统具有很好的温度平衡调节能力，昼夜温差大小几乎不会对室内温度造成很大影响。对于大连地区的天气条件，在保证炕面温度在28-35.5℃的情况下室内温度低于15℃，保证室温在15℃以上时，炕面温度会高于35.5℃，室内温度和炕面温度要求不能同时满足，因此添加被动的Trombe墙来提高室内温度是必要的。 在单独太阳能炕采暖系统的动态传热模型基础上进一步建立了主动式和被动式相结合的新型太阳能采暖系统的动态模型，讨论了其运行方式、有无辅助热源等对室内热环境的影响，并与单独采用太阳能炕或Trombe墙的采暖系统进行了对比。计算结果显示，Trombe墙和新型太阳能炕耦合运行模式下，室内温度和炕面温度要高于单独炕或单独Trombe墙作用模式；有辅助加热时室内热环境的稳定性优于没有辅助热源时；窗户面积的增加可以提高白天室内温度和炕面温度，但是对夜间影响不大。

目录

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第1章 绪论

1.1 中国能源现状

1.2 太阳能在建筑中的热利用

1.2.1太阳能制热水

1.2.2太阳能被动采暖

1.2.3 主动式太阳能采暖系统

1.2.4太阳能炕

1.3 本文主要工作

第2章 新型太阳能采暖系统原理与设计

2.1 太阳能炕系统原理

2.2 太阳能炕设计

2.2.1 盘管

2.2.2太阳能集热器选用

2.2.3 太阳能炕控制系统

2.3 本章小结

第3章 太阳能炕采暖系统的数值研究

3.1 数学模型

3.1.1 太阳能集热水部分

3.1.2 太阳能炕

3.1.3 一般围护结构

3.1.4 室内空气

3.2太阳能炕系统设计参数分析

3.3 结果与分析

3.3.1 辅助热源功率对炕面温度和室内温度的影响

3.3.2 在不同地区气候对太阳能炕的影响

3.3.3 太阳能炕系统中太阳能保证率

3.4 本章小结

第4章 新型太阳能采暖系统的理论研究

4.1 数学模型

4.1.1 Trombe墙

4.1.2太阳辐射模型

4.1.3 换热系数的确定

4.2 新型太阳能采暖系统设计参数分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 供热功率对炕面温度和室内温度的影响

4.3.2 窗户面积对室温和炕面温度的影响

4.3.3 Trombe墙和新型太阳能炕耦合运行模式与单独Trombe墙运行模式、单独太阳能炕运行模式的比较

4.3.4经济性分析

4.4 本章小结

第5章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间完成的论文