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北方农村传统采暖方式与室内热环境研究

高翔翔  
【摘要】: 我国北方农村建筑采暖技术转换与更新的关键是对既有传统采暖形式的改进与创新。论文在大量的现有理论整理、现场调研与热物理环境测试的基础上,对我国北方农村传统民居的各种采暖方式进行了介绍与热过程的描述,并系统地研究了最典型的火炕采暖民居建筑在冬季采暖期的热过程。 根据动态热平衡理论,通过对火炕采暖民居室内空气与内外表面动态热平衡的分析,建立了其室内热环境动态热过程的通用数学模型。 运用反应系数法对火炕采暖民居动态热过程数学模型进行离散求解。在只计算火炕表面与室内其他各表面的辐射换热,而忽略室内其他各表面之间的辐射换热的情况下,给出了此房间的简化分析模型;在忽略火炕内部各表面辐射换热的情况下,给出了火炕的简化分析模型。将两种模型联接,在火炕不同的运行模式下,给出了火炕采暖民居室内空气温度与炕面温度的逐时数值解析解。 给出了火炕采暖民居太阳辐射得热与长波辐射得热的计算方式,并对其内外各表面换热系数的取值方法进行了研究。根据满足人体舒适时的室内空气温度与MRT的关系,在炕面温度取舒适值并且室外计算温度按标准取值的条件下,确定了其室内空气温度的舒适值范围。在此基础上,根据火炕采暖民居内有一面高温辐射源的特殊性质,在室外计算温度波动的情况下,对其室内表面逐一给出总换热系数的取值范围,并根据辐射换热系数与对流换热系数的比例得到火炕表面辐射换热量占70%左右的结论。 采用MATLAB编写了火炕采暖民居的室内热环境数值计算主程序与求解反应系数的子程序。通过计算结果与现场测试结果的对比验证,证实了上述数学模型能较准确地反应火炕采暖民居在冬季采暖期的实际运行情况。最后通过改变模型输入参数得到的数据与实际测试数据进行对比,提出了改善火炕采暖民居冬季室内热环境应采取的措施。


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