北方住宅冬季通風(fēng)與高效儲能新風(fēng)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，北方地區(qū)住宅建筑節(jié)能、室內(nèi)空氣品質(zhì)保障與調(diào)控成為熱點的研究問題。北方地區(qū)住宅建筑普遍沒有安裝機械通風(fēng)系統(tǒng)，冬季開窗通風(fēng)是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要手段。通過開窗獲取新風(fēng)的方法調(diào)控能力較差，在冬季室內(nèi)外溫差較大的情況下，長時間的開窗時間會造成嚴重的建筑熱損失，而新風(fēng)量不足是導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合征的重要因素。針對北方地區(qū)住宅建筑節(jié)能和室內(nèi)空氣品質(zhì)的矛盾，本文系統(tǒng)圍繞著制約北方地區(qū)住宅建筑通風(fēng)的核心問題和高效儲能新風(fēng)系統(tǒng)研發(fā)開

2、展研究工作，為解決北方地區(qū)住宅冬季通風(fēng)問題提供可行的科學(xué)依據(jù)。
　　本文通過網(wǎng)絡(luò)平臺和現(xiàn)場訪談的方式在北方地區(qū)典型城市-沈陽市開展了系統(tǒng)的居民冬季開窗通風(fēng)相關(guān)問卷調(diào)查，在對大量樣本分析篩選之后，選擇了500戶居民樣本為研究對象，利用SPSS軟件對居民開窗行為進行了歸納統(tǒng)計，分析了影響居民開窗習(xí)慣和行為的多因素特征，以及這些因素與開窗習(xí)慣之間的獨立相關(guān)性。在調(diào)研與統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，采用示蹤氣體法等測試手段對典型住宅建筑的不同尺寸房間

3、進行了現(xiàn)場測試，得到了北方冬季開窗通風(fēng)換氣次數(shù)變化的基本規(guī)律以及房間尺寸、風(fēng)向與開窗幅度等因素對換氣次數(shù)的影響，并基于測試結(jié)果探討了合理的冬季開窗習(xí)慣和行為。
　　建立了房間冬季開窗通風(fēng)的過程數(shù)學(xué)模型，利用 Matlab軟件編制程序進行求解。在模型中，基于測試數(shù)據(jù)提出了單開口通風(fēng)的混合系數(shù)公式，對Warre n的經(jīng)驗公式進行修正；將房間內(nèi)壁面溫度設(shè)為定解條件，通過大量測試數(shù)據(jù)擬合了房間壁面不同位置的溫降規(guī)律。利用房間冬季開窗通風(fēng)過

4、程數(shù)學(xué)模型分析了幾種常見的開窗通風(fēng)工況，得到了不同開窗尺度、室內(nèi)初始溫度以及室外溫度條件下的換氣次數(shù)變化規(guī)律。以測試房間為原型建立了開窗房間的物理模型，采用CFD手段模擬了冬季開窗通風(fēng)情況下房間與外界的瞬態(tài)熱交換過程，模擬得到了房間及開口處的溫度場和速度場，有助于直觀分析熱壓主導(dǎo)作用下單開口通風(fēng)的流動換熱特征。
　　構(gòu)建了太陽能新風(fēng)集熱器的簡化數(shù)學(xué)分析模型，分析了提高太陽能利用率的因素，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了太陽能新風(fēng)集熱器，建立了基于

5、整體封裝相變材料、浮石強化導(dǎo)熱、熱管轉(zhuǎn)移蓄熱以及 S通道的耦合集成的儲能式太陽能新風(fēng)系統(tǒng)。利用DSC測試設(shè)備對相變材料進行了不同程序的測試，得到了更加準確的相變區(qū)間、潛熱值等材料特性。對太陽能新風(fēng)集熱器進行了多工況的測試對比分析，獲得了提高太陽能新風(fēng)集熱器集熱效率的實際有效措施。測試耦合集成的儲能式太陽能新風(fēng)系統(tǒng)之后，得到了熱管促進集熱效率提升以及相變儲能蓄換熱裝置延長新風(fēng)供應(yīng)時間的實際效果。針對蓄換熱裝置放熱效果不夠理想的問題，利用數(shù)

6、值模擬的方法進行了縮減流道尺寸和縮減相變儲能模塊厚度的方案優(yōu)化。
　　研究結(jié)果表明，北方居民的開窗習(xí)慣不太合理且自然換氣次數(shù)嚴重不足，居民有必要減少單次開窗時間并增加開窗頻次，室內(nèi)空氣品質(zhì)的主觀感覺與居民健康意識與開窗習(xí)慣之間存在顯著相關(guān)性；Matlab程序預(yù)測的模擬值和實驗值之間具有比較好的一致性，驗證了數(shù)學(xué)模型理論思路（修正單開口通風(fēng)經(jīng)驗公式、使用壁面溫降規(guī)律等）的正確性；冬季開窗通風(fēng)過程規(guī)律與夏季情況顯著不同，呈現(xiàn)快速下降和

7、趨于平緩的瞬態(tài)變化特征，在實驗條件下房間尺寸對換氣次數(shù)的影響要比開窗尺度、風(fēng)向、室內(nèi)初始溫度、室外溫度更為明顯；研發(fā)的太陽能新風(fēng)集熱器在室外零度的情況下最高平均集熱效率能夠達到55.3％，在熱管作用下太陽能的有效利用率進一步上升了6.9％，而相變儲能蓄換熱實驗裝置延長新風(fēng)的供應(yīng)時間為4.5小時；模擬優(yōu)化方案中縮減相變儲能模塊厚度對于提升相變儲能蓄換熱裝置的放熱效果更加明顯，得到的最高有效放熱率為85.2％。
　　本文的研究成果可以