太阳能热压通风屋面的应用研究

【摘要】： 南方地区夏季日照时间长,而且太阳辐射强度大,通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60~80℃,顶层房间室内温度比其下层室内温度要高出2～4℃。同时顶层房间室内热环境主要受室内辐射影响较大,屋面的热工性能好坏直接影响着室内的热舒适。本文基于南方传统大阶砖通风屋面隔热性能差,提出铺设铝箔隔热与架设拔风井利用热压加强通风间层通风效应,改善传统大阶砖通风屋面隔热性能的研究方案。提出一种白天隔热好、晚上散热快的新型节能屋面,即太阳能热压通风屋面。 本论文在纯热压状况下研究,首先对太阳能热压通风屋顶的隔热性能进行了理论分析,然后建立计算机数学模型,利用FLUENT软件进行模拟分析,模拟的重点是针对太阳能热压通风屋面在不同太阳辐射强度、空气间层高度、拔风井宽度、拔风井出口宽度、拔风井高度、拔风井数量等参数影响下,模拟计算流经太阳能热压通风屋面通风通道的通风量,并进行对比与分析,找出各参数对屋面通风通道通风量的影响规律。并且,对模拟所得的太阳能热压通风屋面通风通道内空气温度场和速度场进行分析,得出相应的结论。 最后,通过实验,得到太阳能热压通风屋面通风隔热效果随着太阳辐射强度、拔风井高度、拔风井出口宽度的变化规律,同时得到太阳能热压通风屋面通风通道温度场和速度场的变化规律:随着太阳辐射强度的增大,太阳能热压通风屋面自然通风量逐渐增大;太阳能热压通风屋面自然通风量随着拔风井出口宽度的增加而增加;拔风井高度的增加带来的是太阳能热压通风屋面通风量的明显加大;屋面通风通道内空气温度沿通风通道高度方向逐渐降低,在边界层内温度、速度梯度非常大;距离屋面通风通道上壁面50mm处,沿屋面通道长度方向,空气温度先急剧增大(经过渡流),后平稳增大(紊流阶段);沿屋面通道高度方向,空气速度越接近通道中心,其值越大,且随流向逐渐增大。结果表明实验和模拟具有较好的一致性,从而验证了模拟模型的正确性。实验测试太阳能热压通风屋面内外表面的温度逐时值和各对应房间的室内温度值,结果表明太阳能热压通风屋面隔热作用铝箔占40%左右,太阳能拔风井热压通风换热占60%左右;太阳能热压通风屋面比传统大阶砖通风屋面内表面最高温度低2.6℃,日平均温度低1.6℃;太阳能热压通风屋面内表面温度的变化很平缓,日平均温度是27.6℃,最高温度28.45℃,温度波幅只有0.85℃。 【关键词】：太阳能热压 通风屋面 通风量 温度场 速度场
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU83
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题来源与研究背景10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 本文的研究背景10-11
• 1.2 研究的目的和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-17
• 1.3.1 节能屋面的国内外研究现状12-16
• 1.3.2 铝箔在通风屋面中的应用研究现状16-17
• 1.3.3 太阳能拔风井的研究现状17
• 1.4 课题研究内容与研究方案17-20
• 1.4.1 本文的研究内容17-18
• 1.4.2 本文的研究方案18-20
• 2 太阳能热压通风屋面的理论分析与数值模拟研究20-31
• 2.1 太阳能热压通风屋面隔热原理20-21
• 2.2 铝箔对提高空气间层隔热能力的应用研究21
• 2.3 自然通风原理分析21-24
• 2.3.1 热压自然通风机理21-22
• 2.3.2 热压的计算22
• 2.3.3 热压作用下的通风量的计算22-24
• 2.4 太阳能热压通风屋面数值模拟研究24-30
• 2.4.1 太阳能热压通风屋面流态的判定24
• 2.4.2 紊流数学模型24-27
• 2.4.3 边界条件27
• 2.4.4 模型简化和假设27
• 2.4.5 GAMBIT.与FLUENT 在本课题中的应用27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 太阳能热压通风屋面数值计算研究31-51
• 3.1 太阳能热压通风屋面数值计算31-32
• 3.1.1 数值计算模型31
• 3.1.2 数值计算参数范围31-32
• 3.1.3 数值计算方案32
• 3.2 太阳能热压通风屋面数值计算结果分析32-40
• 3.2.1 太阳辐射强度对太阳能热压通风屋面通风量的影响32-34
• 3.2.2 .拔风井通道宽度与拔风井上部出口宽度的影响34-37
• 3.2.3 太阳能热压通风屋面通风间层高度的影响37-38
• 3.2.4 拔风井高度、拔风井数量、出口方式的影响38-40
• 3.3 太阳能热压通风屋面通风通道内温度场和速度场分析40-50
• 3.3.1 通风通道垂直温度场、水平温度场分析40-45
• 3.3.2 通风通道垂直速度场、水平速度场分析45-50
• 3.4 本章小结50-51
• 4 实验测试与数据分析51-80
• 4.1 实验概述51-54
• 4.1.1 实验目的与内容51
• 4.1.2 实验器材51-53
• 4.1.3 实验模型53-54
• 4.2 实验方案54-60
• 4.2.1 屋面概况54-55
• 4.2.2 实验方案55-60
• 4.3 实验屋面搭建60-64
• 4.3.1 美国DALLSE 数字温度传感器筛选与标定60
• 4.3.2 两屋面对应房间的分割60-61
• 4.3.3 太阳能热压通风屋面与传统大阶砖通风屋面的砌筑61-64
• 4.4 实验数据处理与分析64-79
• 4.4.1 太阳能热压通风屋面隔热效果分析64-65
• 4.4.2 太阳能热压通风屋面与其他屋面内、外表面温度的对比与分析65-67
• 4.4.3 太阳能热压通风屋面有无铝箔的对比与分析67-69
• 4.4.4 实测太阳辐射强度、拔风井高度、拔风井出口宽度的影响规律69-73
• 4.4.5 太阳能热压通风屋面通风间层温度场测试与分析73-76
• 4.4.6 太阳能热压通风屋面通风间层速度场测试与分析76-79
• 4.5 本章小结79-80
• 5 结论与展望80-82
• 5.1 本论文的主要研究结论80-81
• 5.2 展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 附录86-107
• A 太阳能热压通风屋面有关参数的计算机模拟结果86-94
• B 太阳能热压通风屋面有关性能参数测试结果94-105
• C 符号注释105
• D 研究生期间研究成果105-107

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