建筑一体化太阳能综合利用系统研究

论文摘要

建筑一体化太阳能综合利用系统可以利用太阳能为建筑提供通风、空调、供暖和供热水的功能。对此功能的研究有利于太阳能技术在建筑中的推广应用,可以缓解不可再生能源逐渐枯竭的严峻形势。本文首先综述了太阳能建筑一体化的研究现状,在此基础上提出建筑一体化太阳能综合利用系统,并分三个章节逐一介绍其通风、空调和供暖性能的研究。以兰州二层别墅为基础,本文设计一套系统,在南外墙和南向屋顶设置竖直和沿屋顶倾斜的串联太阳能烟囱,在一二层地板下、南北向铺设风道,通过此系统实现一年四季通风、制冷、供暖的空调效果。本文使用计算机仿真与实验相结合的研究方法,分别对三种工况下的空调运行效果进行研究,得到了许多有益的结论。通风工况下的模拟结果显示烟囱风道通风的最佳长宽比为12：1；为强化通风,得到最优的二层烟囱入口倾角为4度；按建筑规范要求取层高上限时,通风最好。制冷工况下的模拟结果表明随着风道入口风速的升高,房间地板温度降低；对应不同的风速,喷嘴数的选取存在最大值；当风机提供7m/s的入口风速时,本系统的COP为6.7。供暖工况下的实验结果表明别墅在逐日降温的天气状况下保持了稳中有升的室内温度,加强别墅保温和改造烟囱和集热面结构后可以期望达到供暖目标；通过模拟结果和实验数据的对比,说明模拟计算所采用的理论模型是合理的,本系统存在较大的创新性。本文的研究结果对太阳能建筑的设计和施工有一定指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 0.1 课题研究背景和意义
• 0.1.1 能源危机
• 0.1.2 太阳能的应用
• 0.1.3 太阳能与建筑结合
• 0.2 课题研究现状
• 0.2.1 太阳能通风
• 0.2.2 太阳能空调
• 0.2.3 太阳能供暖
• 0.2.4 现有研究存在的问题
• 0.3 研究内容与方法
• 第1章 春秋季节通风模拟
• 1.1 紊流介绍与数值计算方法
• 1.1.1 数值模拟方法
• 1.1.2 k-ε紊流模型
• 1.1.3 近壁面与固体区域边界条件的确定方法
• 1.2 烟囱内模型建立与分析
• 1.2.1 物理模型
• 1.2.2 网格划分
• 1.2.3 数学模型
• 1.2.4 参数设置
• 1.3 结果分析
• 1.3.1 太阳能烟囱通道宽度的影响
• 1.3.2 二层入口倾角对通风量的影响
• 1.3.3 倾斜段与竖直段比例对通风量的影响
• 1.3.4 房间通风换气次数概算
• 1.4 本章小结
• 第2章 夏季空调模拟
• 2.1 物理模型的建立
• 2.1.1 模型简介
• 2.1.2 模型假设
• 2.2 数学模型
• 2.2.1 负荷计算
• 2.2.2 喷雾加湿
• 2.2.3 风道模拟
• 2.2.4 后处理计算
• 2.3 结果分析
• 2.3.1 喷嘴个数对房间地板表面温度的影响
• 2.3.2 改变风速对房间地板表面平均温度的影响
• 2.3.3 本制冷方法与其他方法的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 冬季供暖实验研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 研究对象
• 3.3 实验仪器和测点布置
• 3.3.1 温度
• 3.3.2 速度
• 3.3.3 太阳能辐射强度
• 3.4 实验数据分析
• 3.4.1 温度
• 3.4.2 风速
• 3.5 模拟结果对比
• 3.5.1 物理模型
• 3.5.2 数学模型
• 3.5.3 模拟结果与实验结果对比
• 3.6 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢