太陽房典型組件能量傳遞規(guī)律研究.pdf

1、使用具有特定傳熱特性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，建筑本身即可形成一種空調(diào)效果，讓建筑內(nèi)部在所需的時刻保持舒適。而利用太陽能集熱器提供的熱空氣，則能主動調(diào)節(jié)建筑內(nèi)的溫度。本文即主要研究建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和太陽能集熱器這兩種太陽房典型組件的能量傳遞規(guī)律。
　　建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的能量傳遞規(guī)律研究關(guān)鍵是求解其非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。針對現(xiàn)有理論模型中，建筑外環(huán)境邊界條件使用標(biāo)準(zhǔn)正弦周期函數(shù)來模擬，而與實(shí)際情況不符的缺陷，建立了新的理論模型。模型使用Fourier級數(shù)的方

2、法，構(gòu)造出與實(shí)際氣候貼近的邊界條件函數(shù)，使用C-N格式對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程離散化，并使用TDMA算法求解獲得了溫度在時間和空間域上的分布。為檢驗(yàn)該理論模型，使用不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造的十二棟建筑模型，被置于人工可控環(huán)境的風(fēng)洞中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。相同條件下的理論模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這一能量傳遞過程涉及到的兩個重要傳熱特性：延時和衰減，在先前研究中被認(rèn)為是材料的固有屬性，而在本文的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果中都被發(fā)現(xiàn)為室外溫度波的因變量，且存在峰值延時與谷值延時。接下

3、來，分析了中國武漢市在全年不同月的室外溫度波，研究并獲得了延時和衰減隨不同室外溫度波波形的變化規(guī)律。
　　太陽能集熱器內(nèi)的能量傳遞規(guī)律研究關(guān)鍵是求解其穩(wěn)態(tài)傳熱傳質(zhì)問題。一個可模擬集熱器實(shí)際運(yùn)行工況的室內(nèi)測試實(shí)驗(yàn)臺被搭建起來，以研究集熱器在實(shí)際應(yīng)用時的能量傳遞規(guī)律。同時，這一傳熱傳質(zhì)問題的數(shù)學(xué)模型也被建立起來。模型應(yīng)用迎風(fēng)差分格式離散化空氣流道的控制方程后，求解代數(shù)方程組獲得了空氣速度場和壓力場。然后應(yīng)用中心差分格式建立了整個集熱器

4、的能量平衡關(guān)系式，而實(shí)現(xiàn)了溫度場的求解。在用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對理論模型進(jìn)行驗(yàn)證后，理論模型被擴(kuò)大到比實(shí)驗(yàn)中更普適的工況，獲得了在考慮了集熱量與風(fēng)機(jī)功率的情況下，流量改變時，出口溫度和熱力-水力綜合效率等表征參數(shù)的變化規(guī)律，并得到了不同外界環(huán)境下集熱器最佳運(yùn)行流量值。另一方面，為提高集熱器的太陽能利用率，提出了一種純機(jī)械式太陽跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用外接設(shè)備自身的重力，將熱脹冷縮元件引起的作用力失衡放大，帶動外接設(shè)備轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對太陽的實(shí)時跟蹤。

5、>　　最后，研究了同時使用圍護(hù)結(jié)構(gòu)和太陽能集熱器這兩種太陽房組件，來對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。使用前文所述的理論模型，針對中國大同的辦公建筑，在采暖季的采暖需求下，求解了建筑內(nèi)壁面在一天中的溫度波動、集熱器輸出溫度和室內(nèi)熱舒適度在一天中的變化情況。研究結(jié)果認(rèn)為，在該種氣候條件及采暖需求下，使用低延時與低衰減系數(shù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并在一定時間內(nèi)打開空氣集熱器，可降低室內(nèi)采暖能耗并獲得舒適的室內(nèi)環(huán)境。
　　本文對典型太陽房組件的能量傳遞規(guī)律