应用于北方农村的太阳能空气集热模块的技术研究

【摘要】：随着经济的发展，农民收入水平在逐步提高，农村建筑的能耗已经成为我国建筑节能不可忽略的问题，农村商品能消耗量出现快速增长的趋势。目前北方地区农村住宅的商品能主要以煤炭为主，冬季的供暖的消耗占全年消耗量的90%以上，由于简易锅炉的低效燃烧，不仅增加了农民的负担，并且对室内外环境造成严重污染。另外北方地区农村建筑相对分散，接收太阳光照面积大，因此太阳能采暖具有很好的发展潜力。论文以适用于北方地区农村住宅的太阳能空气集热模块为研究对象，进行了理论分析和实验研究。 论文建立了太阳能空气集热模块传热过程热量平衡方程，用Matlab软件对方程组求解，对太阳能空气集热模块传热过程进行了分析。根据理论分析，设计了一种太阳能集热模块装置，对其结构形式及运行参数进行了实验研究。建立了太阳能空气集热模块数学模型，利用Fluent计算软件进行数值模拟研究。太阳能集热模块的实验结果与数值结果的基本相符。 对集热模块结构的研究表明：其他结构参数相同，集热板由平板改为波纹板，集热效率提高15%，波纹型集热板集热效果最佳。对平板集热模块，其他结构参数相同，集热板开孔数增加一倍，集热效率提高10%左右；放置三块隔板集热效率增加10%。集热器在冬季倾角为65°时集热效率高于60°倾角。 在集热模块运行中集热效率的影响最大的因素是太阳能的辐照度，其次是通过集热器的流量，最佳流量为20m3/h。 对北京地区一单体式农村住宅采用太阳能空气集热模块供暖进行经济性分析，每年可以节省约50%的采暖费，具有良好的经济效益和社会效益。 【关键词】：太阳能空气集热模块 数值模拟 集热效率 实验研究 农村
【学位授予单位】：北京建筑工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK513;TU18
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 符号说明7-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究现状10-17
• 1.2.1 太阳能空气集热模块简介10-11
• 1.2.2 太阳能空气集热模块的研究现状11-16
• 1.2.3 太阳能空气集热模块与建筑集成技术研究16-17
• 1.3 本研究目的及内容17-18
• 第2章 太阳能空气集热模块传热理论计算与分析18-29
• 2.1 建立传热理论计算模型及计算分析18-25
• 2.1.1 传热理论计算模型18
• 2.1.2 太阳能得热量计算18-19
• 2.1.3 确定各项传热系数19-21
• 2.1.4 模块内各项流量计算21-24
• 2.1.5 太阳能空气集热模块传热过程热量平衡方程24-25
• 2.2 热平衡方程分析25
• 2.3 太阳能辐射计算可视化25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 太阳能空气集热模块性能实验研究29-43
• 3.1 实验台简介29-31
• 3.2 实验方法31-32
• 3.3 实验结果分析32-42
• 3.3.1 平均温度结果及分析32-36
• 3.3.2 集热效率计算与结果分析36-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 太阳能空气集热模块三维数值模拟43-69
• 4.1 数值模拟理论计算基础43-45
• 4.2 物理模型的建立45-46
• 4.3 太阳辐射模型的选取46
• 4.4 边界条件的设定46-47
• 4.4.1 设定壁面边界条件47
• 4.4.2 设定内部单元区域47
• 4.4.3 设定流动进出口边界条件47
• 4.5 设定其他模拟条件47
• 4.6 数值模拟方案与结果分析47-59
• 4.7 模拟工况效率分析59
• 4.8 实验结果与数值模拟结果对比分析59-67
• 4.9 本章小结67-69
• 第5章 应用太阳能空气集热器采暖的效益分析69-72
• 5.1 农村住宅建筑能耗模拟分析69-70
• 5.2 节能性分析70-71
• 5.3 太阳能空气集热器经济性分析71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 附录77-84
• 致谢84

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