严寒地区农宅冬季火炕热环境与热舒适研究

作     者：王羽珊 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王昭俊

授予年度：2019年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：火炕农宅 室内热环境 热舒适 现场调研 数值模拟 

摘      要：黑龙江省农宅中冬季一般采用火炕采暖系统,其营造的环境是多热源、不均匀辐射的微气候环境。目前对火炕采暖形式所蕴含的生态设计经验对室内热环境与人体热舒适影响的定量分析较少。本文研究火炕采暖方式下室内热环境与热舒适,对于传承火炕采暖方式具有重要的应用价值。首先,对黑龙江省海伦市某村农宅热环境及居民热舒适进行现场调查,研究火炕采暖的室内热环境特征和居民热反应特征。将白天与夜间的测试结果进行对比分析,并与其他测试结果进行比较分析。研究表明,居民在白天与夜间对所处房间的热需求存在差异,夜间室内热中性温度比白天低,80%和90%可接受操作温度的范围都低于白天。相比于五年前,农宅冬季的室内热环境并没有发生明显变化,但热中性温度有了明显的提高,居民对温度变化更敏感,而且可接受温度范围也明显变窄,对热环境有了更高的要求。其次,对火炕热环境进行了连续的测试及分析。研究了火炕表面温度、围护结构内表面温度、平均辐射温度以及室内空气温度等表征室内热环境状况的特征参数。对于夜间火炕这种极不均匀的热环境,居民的热舒适受到被褥微气候与室内热环境耦合作用的影响。研究结果表明,被褥热环境在整个夜间存在一定的温度波动,但整体舒适性比较好。虽然严寒地区农宅室内热环境较差,但是较高的炕表面温度有助于在人体周围营造一个良好的微气候环境,从而保证了人体的热舒适性。第三,对测试的典型农宅建立了物理模型,模拟了某典型工况下火炕农宅的热环境状况。结果发现,热环境分布不均匀,尤其在垂直方向上存在较大的温度梯度;火炕表面上部区域的空气温度略高于房间其他位置,温差不超过1℃;地面上部各处的空气温度与火炕的距离不存在显著关系。研究了火炕表面温度、辅助热源温度、室外温度以及围护结构对火炕农宅室内热环境的影响,得出了各影响因素与室内温度、温度梯度之间的变化规律。