太阳能辅助火炕供暖系统热工性能

目的研究毛细管网型太阳能辅助火炕供暖系统的热工性能和效果.提出利用毛细管网型火炕的供暖模式,提高炕面的舒适性.方法利用数值模拟和实验测试两种手段分析两个对比房间的炕面温度和室内温度的变化趋势和规律.结果测试数据显示普通房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为65.7℃、43.28℃、39.82℃,炕面温差大于20℃,而采用该系统的房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为51.34℃、38.26℃、33.79℃,普通室内房间平均温度为12.2℃,太阳能辅热火炕房间室内平均温度为18.5℃,比普通房间室内平均温度高6.3℃.结论毛细管网末端热惯性小,运行时室内温度迅速升高,炕面的温度分布比普通火炕均匀,可依据主观意愿实时改善室内热环境,辅助火炕运行时有效地改善了农居室内及炕面的热舒适性.     

中国传统火炕非均质设计与性能优化

针对中国传统火炕（Heated Kang）设计不合理导致的炕面温度不均、热舒适性差、热效率低等问题，提出了一种传统火炕的非均质设计方法. 为更好地揭示新型火炕设计原理与分析火炕热均衡性、热舒适性等性能，通过CFD模拟平台建模，研究火炕的竖洞率（竖洞区域占火炕整体区域的比例）、炕板蓄热层厚度以及入口烟气温度、出入口相对位置等关键参数对炕板表面温度均衡度的影响. 结果表明，竖洞率为83%，炕板蓄热层厚度为80-50-20 mm（Ⅰ区80 mm， Ⅱ区50 mm，Ⅲ区20 mm），入口烟气温度为275 ℃，出入口形式为倒卷帘时炕面温度最为均匀，此时炕面温度标准差为5.6 ℃，而且具有较高的平均温度，为36.4 ℃. 通过采用内部结构非均质设计方法，火炕的表面热均衡性显著提高50%. 倒卷帘形式的出入口相对位置在优化炕面温度均匀性的同时，显著提高炕面最低温度9.1℃. 该研究结果为传统火炕节能、提高热效率提供新思路，对传统火炕的创新改进具有重要指导意义.     

基于毛细管网的相变蓄热模块实验研究

目的为提高冬季农村居民的室内舒适度,改善农居室内局部热环境,降低能耗,减少污染,提出一种新的将相变材料和毛细管网型末端相结合的相变蓄热模块供暖系统.方法根据供水温度和相变材料的填充量的不同组合设计了不同工况,并搭建了对比测试实验平台,对模块蓄放热时间及模块表面温度进行测试和分析.结果相变蓄热模块系统在填充4 kg相变材料、供水温度为50℃时蓄热时间最短,为80 min;在填充5 kg相变材料、供水温度为40℃时的蓄热时间最长,为160 min;在填充5 kg相变材料,供水温度为50℃时的蓄热时间为100 min;在填充4 kg相变材料,供水温度为40℃时的蓄热时间为120 min;填充4 kg和5 kg相变材料的模块系统表面温度保持在25℃以上的持续放热时间分别为8 h和10 h.结论相变蓄热模块供暖系统可联合火炕以及太阳能热水系统、户用小型锅炉等多种低温热源;基于毛细管网的相变蓄热模块能较好的满足用户对模块放热时间的要求,可以有效改善室内局部热环境.     

农村传统火炕内置换热器后的热工性能

为研究农村传统火炕炕面温度的不平衡性,采用实测和模拟的方法研究不加和加换热器之后火炕炕面在一段时间内温度的波动情况、加换热器之后炕面舒适性的改善和火炕在内置换热器后功能上的优势.运用理论数学模型和实测数据拟合的数学模型,采用VB可视化编程语言模拟出炕面在一段时间内的逐时温度以及换热器提供的热水温度,模拟结果与实测部分结果作对照.研究结果表明,火炕内加换热器之后,其热工性能发生了变化,炕头温度过高的现象得到明显改善,炕面温度分布与未加之前更加均匀;同时通过内置换热器能提供一定温度的热水,不仅有效利用了烟气热量,提高了火炕的热舒适性,还为集成采暖系统打下了良好的基础.     

太阳能炕的蓄热特性研究及其对睡眠热舒适度的影响

结合北方传统火炕的特点,建立了与太阳能热水系统结合的太阳能炕理论模型,并搭建太阳能炕系统实验台,进行了实验测试,模拟计算结果与实验测试结果吻合较好.依据通过实验验证的模型,采用合肥实测的气象数据,分析了太阳能炕系统在冬天工作时对睡眠热舒适度和室内热环境的影响.结果显示:在室外平均温度0℃左右和炕面温度不超过35℃的条件下,室内空气温度维持在8～15℃之间,在晚上21点太阳能热水系统对炕停止加热后,人所处的睡眠环境能保持在28.5～34℃的热舒适温度区间,太阳能贡献率为34.5%.     

基于改进炕洞构造形式的大花洞火炕热舒适度

为了解决普遍存在的炕面温度极不均匀,热舒适度差的问题。将火炕从进烟口到出烟口的整个炕体作为研究对象,利用VENT技术对大花洞火炕的烟气流场分布、涡流状况进行模拟分析,对其烟道进行优化设计,得出两种优化设计模型,明显改善了现状火炕的烟气流场分布,大幅减少了涡流区面积,使更大范围的烟道炕洞、炕面板能够接触到高温烟气进而吸蓄、存贮、释放烟气热量,大幅提升了火炕热舒适度,也为火炕的优化设计提供了一种新的技术方法。     

基于热效率的直洞式火炕烟道构造形式优化设计

直洞式火炕存在高温烟气流场范围小、接触炕板面积小、出烟口温度高等缺点,导致火炕热效率低、热舒适度差。为改善和提升火炕热工性能,以流体力学和建筑热工知识为指导,遵循前引后导原则对烟道布置形式进行优化设计。通过对大量火炕模型烟气流场的模拟,精选出I(A)型、II(A)型2种改进火炕方案。利用ANSYS模拟技术对比分析可知:与现状火炕相比,改进火炕能够使更大范围的烟道炕洞、炕面板接触到高温烟气进而吸蓄、存储、释放烟气热量,降低了出烟口的排烟温度,大幅提升了火炕热效率和热舒适度。同时,也为火炕的优化设计研究提供了一种新的技术方法。     

太阳能相变炕影响因素分析及热工性能模拟

本文设计了一种太阳能热水供热与相变蓄热组合的热炕供热系统,为提高蓄热炕的热响应,配置了高导热复合相变材料,利用数值模拟对炕体单元进行三维非稳态瞬态传热模拟。通过控制变量法,对太阳能相变蓄热炕的相变材料导热系数、相变温度、相变潜热等炕体热工特性影响因素进行模拟分析,得出:相变材料导热系数、供水温度、相变潜热对相变炕的热响应时间影响显著,且相变潜热决定放热时长,相变温度、相变温度范围对相变炕的垫面温度有明显影响。最后,以十二水磷酸氢二钠复合相变材料作为炕体的蓄热材料,对炕体进行蓄放热模拟设计,发现垫面温度昼间可达到17.1 ℃,夜间可达到30.3 ℃,可以很好地满足居民的热舒适要求。     

内蒙古西部草原民居热环境分析及供暖模式

为了改善内蒙古西部草原民居冬季室内热环境和热舒适性,对内蒙古西部地区271户草原民居进行调研,分析具有代表性的典型民居在现有土暖气与落地炕供暖模式下的室内热环境状况,在典型草原民居的基础上提出南向附加阳光间、节能型吊炕及风能供热系统,利用Design-Builder软件分析内蒙古西部现有典型草原民居住宅与优化后的住宅模型2种居住模式在额济纳旗、鄂托克旗、阿拉善左旗吉兰泰镇及巴音毛道农场等地的气象参数条件下卧室和客厅的室内热环境状况。结果表明:在现有土暖气与落地炕的供暖模式下,测得该民居冬季最冷月室内平均温度为14.55℃,热舒适度平均值为-2.56;优化后的民居模型室内热环境及舒适度较典型民居均有显著的改善,4个地区最冷月平均室内温度为19.17℃,热舒适度模拟值为0.1。     

高炉热风炉用高发射率涂料的节能效果及机理分析

为研究高发射率涂料在高炉热风炉蓄热室内的应用效果,应用数学模拟和工业试验对比的研究方法对节能效果进行了分析.结果表明:模拟结果接近工业应用数据,可以定量地说明涂料对热风炉传热过程的积极作用;应用高发射率涂料后,可使高炉热风炉热风温度升高25℃,烟气温度降低13℃.结合数学模拟和工业热诊断结果,对涂料在热风炉内使用的节能机理进行了分析.认为在格子砖表面涂覆高发射率涂料,在燃烧期会使蓄热体内烟气与格子砖辐射换热加强,格子砖表面温度增加,且使蓄热体蓄热量增加.模拟结果表明:烟气中CO2成分对提高辐射传热起重要作用;CO2体积分数平均每提高5%,则热风温度提高6～8℃.     

架空炕与落地炕采暖对室内环境影响的对比试验

落地炕和架空炕是目前北方农村冬季普遍采用的两种采暖设施,它们的构造与密封性对采暖室内的热湿环境与空气质量有显著影响.参照相关国家标准,在甘肃省临洮县对使用落地炕与架空炕采暖的室内热环境和空气质量进行了连续的对比试验研究.结果表明:架空炕采暖室内日平均温度为12.6 ℃,比落地炕采暖室内日平均温度10.8 ℃高出1.8 ℃;使用PMV-PPD指标评价发现,架空炕室内热舒适度综合评价等级为Ⅱ级,落地炕室内综合评价等级为Ⅲ级.架空炕采暖室内空气质量PM_2.5、PM₁₀和CO指标优于落地炕采暖室内指标,两铺炕采暖室内首要污染物均为PM₁₀.架空炕采暖室内空气质量等级为轻污染,落地炕采暖室内空气质量等级为重污染.     

烟气再循环对蓄热式平焰燃气炉内燃烧特性的影响

平焰燃烧与蓄热式燃烧技术一起使用时火焰温度较高,热力型氮氧化物生成量较大。采用烟气再循环技术是降低蓄热式燃烧过程中热力型氮氧化物的生成量的有效途径之一。文中采用蓄热式平焰燃气试验炉、综合烟气分析仪、热电偶等设备,对比研究了采用烟气再循环和不采用烟气再循环2种工况下平展流火焰特性、炉顶温度分布和烟气中NO生成特性。结果表明:采用烟气再循环使平展流火焰面暗区变小,燃烧区域扩大,火焰面温度分布更加均匀,烟气中NO浓度明显降低,火焰面峰值温度降低9℃,谷值温度升高37℃,NO浓度最大降幅为20%。     

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2 ℃,夜间垫面温度达到30.2 ℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45 ℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2 974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1 240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM₁₀6.8 kg等,节能减排量显著。     

带有蓄热装置的直膨式太阳能热泵系统性能分析

为解决直膨式太阳能热泵系统受太阳辐射渡动缺乏稳定性的问题,提出了一种带有相变蓄热装置的直膨式太阳能热泵热水系统.以青岛地区天气状况为例,对太阳能集热器出口制冷剂的温度变化进行了理论分析,验证了系统的可行性.通过对该系统进行经济性分析,发现其运行费用低,节能环保.     

太阳能炕在陕北地区推广使用的可行性调查研究

炕作为我国北方寒冷地区冬季采暖的主要措施,历史悠久,但因其温度难控制、能耗大、热效率低、污染环境等原因,近年来在农村地区使用的越来越少。课题组根据太阳能炕的工作原理,结合陕北地区气象条件,就火炕的使用情况、太阳能产品的使用情况、对太阳能炕的认识等问题在陕北地区进行了实地调研。发现陕北地区农村居民非常喜爱火炕,目前主要以煤为燃料,能耗大且环境污染严重,与绿色生态建筑的要求不一致;居民的节能环保意识不强,对建筑节能重要性认识不足,太阳能产品使用范围较小;但是,当农民了解太阳能炕的原理及特点后,有72%的人愿意接受。因此,在陕北地区推广使用太阳能炕是完全可行的。     

一套太阳能采暖设备在昆明的运行效果分析

在冬季晴天条件下,采用真空管集热器和热泵为热源,以昆明市搭建的采暖试验房为研究对象,对该试验房使用散热器进行采暖实验.测试得到室内温度数据,结果表明:1:00至7:00室内温度为17.02-18.07℃;21:00至24:00室内温度为17.98-19.73℃,室内温度维持在18℃附近.计算得到的预计平均热感觉指数(PMV)和预计不满意者的百分数(PPD)表明,采暖试验房的热舒适度整体提高.     

基于数值模拟分析的生态绿墙环境效应

目的分析研究生态绿墙系统的环境效应,为解决环境问题提供应用方法和理论依据.方法以德国维斯玛应用科技大学绿墙改造概念方案为载体,运用Energy-Plus能耗模拟软件、CFD计算流体力学软件、U-wert.net材料U值计算软件对建筑生态绿墙的能源性、物理性、区域性环境效应进行了数值模拟分析.结果生态绿墙系统可以提高建筑外墙23.7%的热阻值;节约6.2%的全年空调负荷;在夏季可以降低室内温度3~5℃;降低室内的空气流速0.03 m/s;维持室内温度的稳定性,全年室内温度可保持20.84℃,提高环境舒适度.建筑物周围的气温通过建筑生态绿墙改造后,降低了0.5~4℃;降低区域内的风速0.05 m/s;减少建筑全年的C排放量7.1%.结论表明生态绿墙产生的生态效果在隔热降温、节能减排、缓解热岛现象、提高室内舒适度和维持碳氧平衡等方面起到了显著作用.     

热风式相变蓄热建筑热特性研究

文中设计、加工了一种热风式相变蓄热板,布置在建筑墙体内侧,应用于建筑采暖系统中。实验测试和分析了基于相变蓄热板的模型房间换热特性,在TRNSYS软件中搭建相变蓄热房间的动态热模型,模拟得到相变蓄热房间热特性的变化规律。结果表明,安装有相变蓄热系统的房间平均温度高出普通房间4~5 ℃,说明该相变蓄热系统可以提高房间温度,改善房间的热舒适性,建立的相变蓄热系统动态热特性模型能较好地预测温度变化过程,为太阳能热风式相变蓄热建筑设计提供了参考。     

内蒙古西部超低能耗草原民居相变墙体调温节能性研究

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相变材料层厚度、对流换热系数和相变潜热对内壁面温度响应和节能性的影响。结果表明:不同墙体材质的导热系数影响墙体热性能,随着导热系数减小,温度衰减倍数增加,内壁面热稳定性提升;随着相变层厚度的增加,墙体保温性能不断增强;墙体内壁面温度波幅随对流换热系数的增大而增加;随着相变潜热的增大,对提升冬季室内热环境和减少采暖能耗方面有一定作用,但其效果有限。研究结果为内蒙古西部草原民居非透明围护结构的节能设计提供参考依据。     

西北农村单体建筑太阳能低温地板采暖实验研究

为了解决西北农村采暖方式落后、室内热环境差、环境污染严重等问题,针对甘肃民勤的某一单体建筑,在外墙保温的基础上设计搭建了太阳能低温地板辐射采暖系统,实验研究了系统的采暖性能.结果表明:外墙保温和太阳能低温地板采暖相结合,不仅降低了建筑能耗,而且提高了室内舒适度,室内温度可达到14.2℃,外墙保温和太阳能采暖系统节能分别为2 204 kg和1 850 kg标煤,减排二氧化碳10.6 t,投资回收期为3.5 a,环境和经济效益显著,值得大力推广应用.