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《天津大学》 2010年
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太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究

李宪莉  
【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。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK519;TU832.17

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