闭式循环太阳能墙采暖系统性能研究

作     者：王良煜 

作者单位：大连大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾祥红

授予年度：2020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：闭式循环系统 太阳能墙 数值模拟 室内热环境 实验分析 

摘      要：本论文以位于辽宁省大连市土木研发中心太阳能墙实验室为研究对象,自主完成带有自动控制的太阳能墙实验系统搭建工作。辽宁省大连市地处中国东北地区,属太阳能资源较丰富区,建筑气候为寒冷地区,冬季采暖主要以煤炭为主,导致环境污染严重。因而利用太阳能进行供暖可在满足冬季采暖需求的同时减少生态破坏和环境污染。本论文主要进行模拟与实验的双重研究,首先,通过实验对整个供暖季（173天）的系统进行实时监测,通过数据分析影响因素中的辐射、风速、室外环境等,得出其对外腔循环闭式太阳能墙系统的影响范围。然后,通过数值模拟确定合适的外腔循环闭式太阳能墙系统的尺寸与风机开启时间。最后,根据模拟与实验得出的结论,对外腔循环闭式太阳能墙系统在寒冷地区的运行情况进行总结,主要研究结果如下:（1）晴朗天气大连地区太阳总辐射强度较高,通过导热、对流、渗流、辐射等热传递形式可以使集热板及空腔温度升高,太阳能墙的效率在53.16%,高于传统太阳能墙效率,实验用外腔循环闭式太阳能墙系统集热板面积为12.6m,而实验房间面积为36.4m,因此,在大连地区1m太阳能墙系统可以供给3m的所需供暖房间。（2）外腔循环闭式太阳能墙系统通过模拟计算,在大连地区供暖季期间,10:00～16:00可有效为所需供暖房间提供所需热量,而8:00～10:00期间需要利用其它辅助能源,适合大连地区的太阳能墙系统尺寸为高3m;外腔范围在0.09m.11m、内腔范围在0.14m.16m。风机开启最佳时间为9:30分,而在16:00以后关闭风机,此时太阳能墙系统虽无法为室内供给热空气,但留在空腔内的空气可保持室内温度一小时左右。（3）通过对外腔循环闭式太阳能墙系统温度不间断自动监测,得出室外风力较大的情况下,虽然不会对太阳能墙系统有较大的影响,但会导致供给给房间的热量降低4.8℃;同样,在室外温度较低的情况下,也会减少太阳能墙系统提供给房间的热量,该种情况下,会使房间温度比正常情况下低1.4℃;而对于雨雪天、阴天、雾霾天等不良天气,因为辐射强度不足,从而使采暖效果会打折扣,辅助能源需要多工作。