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太阳能烟囱自然通风效果实验研究

【摘要】:近年来,随着能源消耗问题和环境问题的提出,利用自然通风改善室内环境越来越受到人们的重视。利用自然通风既可以满足房间一定的舒适性要求,又可以节约设备和运行费用以及维修费用,同时能够创造可持续发展的绿色建筑环境。建筑通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口,在风压和热压作用下产生空气流动。而由室内外空气密度差引起的热压自然通风即所谓的“烟囱效应”。太阳能烟囱是一种热压作用下的自然通风设备,将两者有机结合起来。它利用太阳辐射作为动力,为空气流动提供浮升力,将热能转化为动能。本文通过实验对竖直集热板屋顶式太阳能烟囱模型进行了研究。 本文在理论分析的基础上,对高度为2m,长度为1m,空气通道宽度分别为400mm,700mm,1000mm和1200mm的竖直集热板屋顶式太阳能烟囱,在得热量变化的情况下,实验研究了其温度场、速度场和自然通风量。结果表明,在所研究的范围内,对于竖直集热板屋顶式太阳能烟囱,存在一个获得最大通风量的最佳空气通道宽度和高度的比值,这个比值大约是1/2。当烟囱空气通道宽度再增大,宽度和高度的比值大于1/2时,这时烟囱的自然通风量已经没有太明显的变化。太阳能烟囱的通风量随着太阳辐射强度的增加而明显加大。而对于温度场和速度场的分析表明,气流速度随着空气通道宽度的增加而减小,随着太阳辐射强度的增加而增大。气流温度随着太阳能烟囱高度的增加和太阳辐射强度的增大而升高。在热墙的近壁处,可明显的观察到温度和速度的边界层,在热墙的近壁处温度和速度都较高,然后急剧下降,大约在100mm处趋于平缓,然而在热墙对面的冷墙(在本文中称可动墙)近壁处,又再次出现一个温度和速度的边界层。在可动墙的近壁处,温度和速度又是急剧的升高。而这种现象的出现,是由于热墙对可动墙的热辐射所造成,使得可动墙的温度升高,从而形成了温度和速度的边界层。 同时本文将竖直集热板屋顶式太阳能烟囱的实验结果和数值模拟结果以及国外的实验结果进行对比,表明实验和模拟的温度场和速度场得到了很好的吻合,而实验的通风量比模拟的通风量稍微偏大。

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