太阳能烟囱强化教室自然通风研究

【摘要】：自然通风技术广泛应用于现代建筑节能中，是改善室内空气品质和降低建筑能耗的重要技术。然而，因建筑物单纯的自然通风产生的通风量较小，不能够满足人们的正常需求。太阳能烟囱作为一项能够利用太阳能强化建筑物自然通风的技术，利用太阳辐射为空气流动提供浮升力，将热能转变为动能，将室外的新鲜空气引入室内，增大室内的通风量，提高室内空气品质，是一种节能环保的通风技术。 本论文以竖直式太阳能烟囱为例，基于青岛地区的气候条件，运用理论分析和CFD数值模拟方法研究了太阳能烟囱强化自然通风技术应用在教室中的可行性。理论分析了教室太阳能烟囱的质量守恒和能量守恒方程，使用k-ε湍流模型和增强壁面函数法，对稳态条件下太阳能烟囱应用于教室的通风性能进行模拟。重点讨论不同的太阳辐射得热量、烟囱高度和直径对教室通风量、温度场和速度场的影响效果。研究结果表明，教室通风量随太阳辐射得热量、烟囱高度和直径的增大而增大，与未加设烟囱的教室比较，加设烟囱对温度场和速度场均起到改善作用，教室内温度有所降低，风速增大。 为合理确定经济适合的烟囱结构，通过PMV‐PPD指标、温度和速度不均匀系数kt、kv等舒适性指标，对各模拟工况进行了评价。最终确定所模拟的教室适合的太阳能烟囱结构尺寸可以选定为高度为1.0m，直径为1.5m。 【关键词】：自然通风 太阳能烟囱 CFD数值模拟 通风量 温度场 速度场 热环境评价
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU834
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 研究应用现状11-18
• 1.2.1 实验方法13-14
• 1.2.2 数值模拟14-15
• 1.2.3 应用实例介绍15-17
• 1.2.4 目前研究中存在的问题17-18
• 1.3 课题研究内容18-19
• 第2章 太阳能烟囱自然通风原理19-26
• 2.1 自然通风原理19-23
• 2.1.1 热压自然通风20-22
• 2.1.2 风压自然通风22-23
• 2.2 太阳能烟囱自然通风原理分析23-25
• 2.2.1 通风量方程23-24
• 2.2.2 温度方程24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 数值模拟26-38
• 3.1 模型建立26-30
• 3.1.1 物理模型26-27
• 3.1.2 数学模型27-30
• 3.2 壁面处理方法30-32
• 3.2.1 壁面函数法的原理30-32
• 3.2.2 壁面函数分类32
• 3.3 余量收敛的判据32-33
• 3.4 数值模拟说明33-37
• 3.4.1 模型网格划分33-34
• 3.4.2 模拟计算说明34-36
• 3.4.3 工况设定36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 数值模拟结果分析38-65
• 4.1 模型验证38-39
• 4.2 通风量的影响因素39-46
• 4.2.1 太阳辐射得热量对通风量的影响40-42
• 4.2.2 烟囱结构对通风量的影响42-46
• 4.3 温度场分析46-55
• 4.3.1 室内温度场对比分析46-51
• 4.3.2 温度梯度51-52
• 4.3.3 工作区平均温度52-53
• 4.3.4 烟囱内温度场53-55
• 4.4 速度场分析55-64
• 4.4.1 室内速度场对比分析55-60
• 4.4.2 工作区平均风速60-61
• 4.4.3 烟囱内速度场61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 热环境改善效果评价65-71
• 5.1 PMV‐PPD 指标65-68
• 5.2 不均匀系数分析68-70
• 5.3 本章小结70-71
• 结论与展望71-72
• 主要结论71
• 课题展望71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文75-76
• 致谢76

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