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多孔渗透型太阳新风预热供暖墙热性能及应用研究

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多孔渗透型太阳新风预热供暖墙热性能及应用研究

作者：高倩西安建筑科技大学

学位级别：硕士

我国北方供暖能耗是建筑能耗的重要部分,而冷风渗透热负荷又是冬季采暖负荷的主要组成。这往往要求建筑具有良好的密闭性,冬季室内新风不足、空气品质恶化现象普遍存在。倘若能利用自然能源将冬季室外新风进行预热后送入室内,则可在一... 详细信息

我国北方供暖能耗是建筑能耗的重要部分,而冷风渗透热负荷又是冬季采暖负荷的主要组成。这往往要求建筑具有良好的密闭性,冬季室内新风不足、空气品质恶化现象普遍存在。倘若能利用自然能源将冬季室外新风进行预热后送入室内,则可在一定程度上同时缓解新风不足、采暖能耗高的问题。因此,在我国太阳能资源丰富的西部高原采暖地区,多孔渗透型太阳新风预热供暖墙是一种高效可靠的被动太阳能利用技术,它可以将新风和热需求有机结合,同时缓解冬季室内新风需求和降低冷风渗透负荷的双重问题。本文首先介绍了多孔渗透型太阳新风预热供暖墙结构及工作原理,通过新风预热供暖墙传热热阻节点网络图,分析了墙体内部空气流动与传热过程,建立了多孔渗透型太阳新风预热供暖墙的传热数学模型;提出了集热效率、热交换效率和新风预热效果等热性能评价指标;通过实验研究和数值模拟相结合的方法对新风预热供暖墙几何设计参数、热性能评价指标进行了分析。研究过程和主要结论如下:(1)通过实验研究了稳态气象环境下渗透孔径,太阳辐射强度及风机抽吸速度对多孔渗透型太阳新风预热供暖墙系统热性能影响规律。结果表明:太阳辐射强度对多孔渗透型太阳新风预热供暖墙系统效率以及新风预热效果具有显著的影响;风机抽吸速度可以提高系统整体的换热,增大进入室内的新风量,并且可以提高系统集热效率,但不能对出风口温度进行有效提升而且会降低热交换效率;较大的渗透孔径可以有效提高集热效率,但不利于空气预热效果。(2)通过三维非稳态动态环境模拟得出各关键因素对多孔渗透型太阳新风预热供暖墙热性能的影响顺序为:渗透孔径D新风预热效果,渗透孔径大于6mm时,出风口温度突然下降近8℃,因此孔径大小范围的合理选择是系统性能的关键之一;开孔不均匀性与渗透墙体对流换热性能密切相关,当开孔不均匀性为0.45时对流换热最大;较小的空气夹层厚度有利于系统的集热,但过小的夹层厚度,可能会导致明显的过热问题,空气夹层厚度保持在50mm时,即可满足适宜的送风温度;增加风机抽吸风速可以改善传热,增加新风量,但会降低出风口温度,应该在新风量的需求和送风温度之间寻找平衡点,建议送风量在46m/h～56m/h。综合可知,通过分析室内不同位置的温度场与速度场分布,发现温度和速度分布基本符合人体热舒适以及吹风均匀性的要求。通过分析全天不同时段的新风负荷和新风量之间的匹配关系,发现中午平均负荷完全可以满足室内新风零负荷的要求;当新风负荷维持在日平均水平时,新风量保持在56m/h以下也完全可以满足室内得热量的需求。多孔渗透太阳能墙在各功能建筑适用性排序为:学校建筑>办公建筑>酒店文娱等居住建筑。更适合在学校建筑、办公建筑等昼用夜停的建筑中进行推广。

关键词：多孔渗透太阳墙新风预热热性能适宜性

外置玻璃盖板型太阳能新风预热供暖墙优化研究

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外置玻璃盖板型太阳能新风预热供暖墙优化研究

作者：高萌西安建筑科技大学

学位级别：硕士

冬季建筑保温减少冷风渗透负荷与建筑室内新风需求之间存在显著矛盾。为了克服这种矛盾,前人及课题组前期研究了渗透性新风预热太阳能墙,通过新风预热初步解决了新风产生额外负荷问题,但是,其太阳能利用效率较低造成新风温度低,从而不... 详细信息

冬季建筑保温减少冷风渗透负荷与建筑室内新风需求之间存在显著矛盾。为了克服这种矛盾,前人及课题组前期研究了渗透性新风预热太阳能墙,通过新风预热初步解决了新风产生额外负荷问题,但是,其太阳能利用效率较低造成新风温度低,从而不满足供暖设计温度的要求,且在高侧风、极寒地区热损失大。在此基础上,本研究将原有新风预热太阳能墙新增外置玻璃盖板,并且将原有的集热金属平板升级为波纹板,此外,采用下送风方式,形成了新型的外置玻璃盖板型太阳能新风预热供暖墙。基于此,本文首先分析新型太阳墙的传热过程并建立相应的传热数学模型,提出了评价装置热性能的指标;随后对新型太阳墙热性能进行了实验测试和仿真模拟研究,对不同结构因素和环境因素下新型太阳墙的热特性变化规律进行了分析;在这基础上,为了推广工程应用,提出了新型太阳墙热效率的简化计算方法;最后针对新型太阳墙的实际室内热环境营造效果进行了动态模拟和实地测试,并对其地区和建筑适应性进行了分析。具体研究过程及结论如下:(1)太阳能新风预热供暖墙理论模型及评价指标:通过理论分析了新型太阳墙的结构和能量守恒关系,建立了外置玻璃盖板型太阳能新风预热供暖墙的动态传热模型,对各个传热环节和热性能进行了分析,给出了包括温升、热交换效率、集热效率、热损失效率、等效热效率、(火用)效率等装置全运行周期热性能评价指标,同时还给出了应用效率、热损失系数、热负荷消除率等瞬时应用评价指标。(2)太阳能新风预热供暖墙传热特性及结构优化:首先通过控制变量进行了实验测试,得出新型太阳墙的热平衡稳定时间和相应的集热效率,结果得到空腔2的二次换热增强是效率提升的重要因素,相比于传统太阳墙,新型太阳墙集热效率和热交换效率均提升了18%～20%。其次,为了拓展得到结构因素和环境因素对热效率的影响规律,根据实验的验证结果进行了CFD数值模拟研究;结果发现(火用)效率提升1.3倍,且在高侧风极寒地区,热损失率减少了40%,说明新型太阳墙能量获取能力得到了提升,同时应用范围更广。(3)太阳能新风预热供暖墙热效率简化工程计算:为了工程推广,用Nu数、热交换系数H和压差值P评价对流换热强度、出口热传递和系统阻力,并通过CFD仿真模拟研究了结构参数(高度比H、特征厚度δ、孔隙率σ、波纹凹凸度L、波纹度w)和运行参数(壁面雷诺数Re)对系统性能的耦合影响关系,最终得到了简化计算表达式。此式最大偏差小于6.85%,相比于传统计算方法,简化计算式精度能提升10%以上,说明结果真实可靠。(4)太阳能新风预热墙供暖室内热环境特征:对新型太阳墙进行了实地测试,结果所示室内外温差可以达到15℃～22℃,房间各位置温差不超过1.5℃,风速小于0.2 m/s时可以同时满足温度和吹风感需求;且新型太阳墙不仅能提供相当于热负荷2～5倍的得热量,还可以减少围护热负荷。此外,通过CFD数值模拟得到新风引入相比自然对流降低了75%的室内CO浓度。最后通过对不同地区和不同功能建筑进行了仿真计算,发现新型太阳墙在日喀则地区的适应性最好,且住宅房和办公室的适应性优于其他建筑类型。综上所述,外置玻璃盖板型太阳能新风预热供暖墙不仅能有效提升太阳能利用率、营造良好的室内环境,且受寒冷、高侧风的室外环境影响较小,从而解决传统太阳墙效率低和极端地区应用受限等问题。此外,本文对结构进行优化从而为工程应用提供参考,设计人员亦可依照简化计算方法对热效率进行评估,最后从热负荷的动态消除情况和适应性进行了分析,为运行设置提供了依据。

关键词：太阳墙新风预热结构优化简化计算方法室内环境

全空气混合式空调系统冬季防冷凝新风预热研究

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暖通空调 2018年第4期48卷 35-38,92页

作者：杨宝顺上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司

针对全空气混合式空调系统冬季运行时新风与回风混合过程中可能出现的冷凝现象,建立了数学模型,计算得到了典型城市各工况下的冷凝情况及出现冷凝时的临界条件,阐述了各气候因素对冷凝现象的影响,评估了新风预热措施的有效性,提出了为... 详细信息

针对全空气混合式空调系统冬季运行时新风与回风混合过程中可能出现的冷凝现象,建立了数学模型,计算得到了典型城市各工况下的冷凝情况及出现冷凝时的临界条件,阐述了各气候因素对冷凝现象的影响,评估了新风预热措施的有效性,提出了为避免出现冷凝对新风预热时所需的最小温度增量。

关键词：全空气混合式空调系统冷凝新风预热气候因素临界参数

近零能耗居住建筑太阳能蓄热与新风预热耦合供暖系统特性及优化研究

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建设科技 2020年第23期 76-80页

作者：郭强马文生刘兵杨诗薇尚雁雯石博丰中国建筑科学研究院有限公司北京100013 建科环能科技有限公司北京100013 果洛藏族自治州建筑工程勘察设计室果洛814000 果洛州自然资源综合调查中心果洛814000

本文以青海省某近零能耗居住建筑为研究对象,基于TRNSYS软件构建了太阳能蓄热与新风预热耦合供暖仿真模拟系统。将MAR(mass area ratio,kg/m^2)作为核心分析指标,通过设定15种工况,对太阳能蓄热与新风预热耦合供暖系统的蓄热特性进行分... 详细信息

本文以青海省某近零能耗居住建筑为研究对象,基于TRNSYS软件构建了太阳能蓄热与新风预热耦合供暖仿真模拟系统。将MAR(mass area ratio,kg/m^2)作为核心分析指标,通过设定15种工况,对太阳能蓄热与新风预热耦合供暖系统的蓄热特性进行分析。通过对太阳能保证率、全生命周期增量成本投资回收期和初投资增量成本投资回收期等指标分析,对MAR指标进行优化,提出适用于严寒地区近零能耗居住建筑的太阳能蓄热与新风预热耦合供暖系统的MAR建议取值为60~100kg/m^2。

关键词：近零能耗居住建筑太阳能蓄热新风预热

寒地超低能耗建筑新风太阳能预热蓄热墙性能研究

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寒地超低能耗建筑新风太阳能预热蓄热墙性能研究

作者：刘俐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

建筑能耗占我国能源消耗的30%,建筑采暖能耗是北方建筑能耗的重要来源之一。在全球能源紧张的背景下,我国政府提出了“双碳”目标,在建筑领域实现更高标准的建筑节能是实现碳达峰碳中和目标的重要路径,其中可再生资源在建筑中的应用具... 详细信息

建筑能耗占我国能源消耗的30%,建筑采暖能耗是北方建筑能耗的重要来源之一。在全球能源紧张的背景下,我国政府提出了“双碳”目标,在建筑领域实现更高标准的建筑节能是实现碳达峰碳中和目标的重要路径,其中可再生资源在建筑中的应用具有极大的发展空间,开发太阳能新风预热蓄热墙技术,既能显著降低超低能耗建筑加热新风导致能耗增加的问题,又能从根本上改善新风温度过低造成热交换机结霜冻结引起功效降低的难题。从国内外看,现有的新风太阳能预热蓄热墙研究大多集中在单层层高尺度的结构形式与功能研究与应用,缺乏对大高度大面积新风太阳能预热蓄热墙性能的研究,尚未见在寒地超低能耗多层公共建筑中的研究与应用。本文在分析国内外太阳能新风预热墙技术的基础上,以实现建筑新风预热功能为目标,以提高出风口温度为目的,同时满足夜间新风预热需求,全面分析了影响新风太阳能预热蓄热墙预热功能的因素、结构形式和运营管理方式,通过理论分析、三维数值模拟计算和实测数据分析研究,对严寒地区超低能耗建筑中的太阳能新风预热蓄热墙开展了系统研究。课题针对严寒地区新建超低能耗宿舍建筑的新风需求和新风热交换机因新风温度过低造成结霜冻结的热交换效率降低问题,以黑龙江建筑职业技术学院格园三号学生宿舍楼新风预热蓄热墙的功能设计为基础,建立数值分析模型进行研究。采用数值模拟方法,研究了太阳能新风预热蓄热墙的支承结构、新风太阳能预热蓄热墙高度、空气腔厚度、出风口开闭时间等因素对预热蓄热效果的影响,以保证室内新风量需求提升新风太阳能预热蓄热墙新风出口温度为目标优化了相应设计参数,为实际工程建设推广提供理论和技术支撑。在数值模拟分析基础上,实现了工程建设新风太阳能预热蓄热墙的数据实测,通过实测实验数据分析,验证了新风太阳能预热蓄热墙的性能,分析了不同气候条件下新风太阳能预热蓄热墙的性能表现,在满足透光率、保温和低热桥设计条件下,新风太阳能预热蓄热墙的新风预热功能效果显著,在寒地超低能耗建筑中具有很好的推广使用潜力和节能减排价值。

关键词：太阳能利用严寒地区超低能耗建筑新风预热低热桥支承结构

新疆某接待中心地下餐饮、娱乐和健身场所的空调设计

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制冷空调与电力机械 2009年第3期30卷 32-37页

作者：王志刚新疆建筑设计研究院新疆乌鲁木齐830002

针对新疆地区夏季室外干湿球温差、温度日较差大的特点,结合建筑的使用功能,介绍了某接待中心空调系统的设计计算过程及注意事项;工程夏季采用全新风的三级蒸发冷却空调机组,冬季利用市政热水作为热源,采用新风预热同回风混合加热的方式... 详细信息

针对新疆地区夏季室外干湿球温差、温度日较差大的特点,结合建筑的使用功能,介绍了某接待中心空调系统的设计计算过程及注意事项;工程夏季采用全新风的三级蒸发冷却空调机组,冬季利用市政热水作为热源,采用新风预热同回风混合加热的方式,具有经济、节能、舒适度高的特点;同时,对通风及排烟系统的设计也作了说明。

关键词：地下建筑物三级蒸发冷却空调通风新风预热排烟

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原料药车间净化空调系统若干问题分析

制冷与空调（四川） 2014年第5期28卷 532-536页

作者：李俊昆刘霄汪爱平云南省设计院昆明650000

原料药车间洁净区内设备发热量复杂,洁净级别较高,净化空调系统风量计算较复杂;甲类厂房不应采用循环风,该车间净化空调系统均采用全新风运行,导致空调系统能耗较高,结合本项目冬季气候情况,采取合理的新风预热方案,以达到节能运行;对... 详细信息

原料药车间洁净区内设备发热量复杂,洁净级别较高,净化空调系统风量计算较复杂;甲类厂房不应采用循环风,该车间净化空调系统均采用全新风运行,导致空调系统能耗较高,结合本项目冬季气候情况,采取合理的新风预热方案,以达到节能运行;对于一些有致敏性物质产生的洁净区,需要慎重考虑系统压力梯度及风量平衡,以确保整个生产区的安全可靠;结合实际工程案例,提出几点有针对性的建议和设计思路。

关键词：风量计算焓湿图新风预热压力梯度在线风量筒

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严寒地区某五星级酒店空调系统设计与体会

发电与空调 2017年第2期38卷 69-73页

作者：单金龙张言军吴健浙江绿城建筑设计有限公司浙江杭州310000

结合建筑物的特点,该酒店的空调冷源采用了水冷离心机组,热源采用了燃气常压热水锅炉和蒸汽锅炉;主要从以下几个方面进行了深入分析:冬季新风取风方式、共用母管系统的阀门控制、客房的风机盘管、大堂门厅额空调系统、汽车库的通风及采... 详细信息

结合建筑物的特点,该酒店的空调冷源采用了水冷离心机组,热源采用了燃气常压热水锅炉和蒸汽锅炉;主要从以下几个方面进行了深入分析:冬季新风取风方式、共用母管系统的阀门控制、客房的风机盘管、大堂门厅额空调系统、汽车库的通风及采暖;同时,对酒店后期运行情况进行了回访,对关键的问题进行了分析。

关键词：冷热源全空气系统风机盘管加新风系统新风预热变流量一级泵系统

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水源热泵系统在成都地区的实际应用

制冷与空调（四川） 2003年第3期17卷 47-49,36页

作者：路越中国建筑西南设计研究院 610081

本文简要介绍了水源热泵系统的特点、原理,并从工程实例出发,探讨了成都地区某工程在实际设计中的几个问题。

关键词：水源热泵系统空调技术水路控制新风预热系统设计