教室用太阳能烟囱强化混合通风的研究

摘要

混合通风是自然通风和机械通风相结合的一种通风方式，其特点是充分利用自然条件营造良好的室内环境而实现节能的目的。教室是一个特殊的室内环境，是学生学习和生活的主要场所，室内空气品质的好坏直接影响到学生的学习效率以及生理、心理的健康。本论文针对北京地区中小学教室通风现状，提出由太阳能烟囱促进室内热压的自然通风，再与一定的机械通风相结合的太阳能烟囱辅助教室混合通风方式来改善教室室内环境。通过理论分析、模型实验及数值模拟，对这种太阳能烟囱辅助教室混合通风方式进行研究，实现在能源消耗最少的情况下满足教室内的空气品质和热舒适。
　　 以前对教室通风的研究主要是单一通风形式的研究，研究成果很难应用于太阳能烟囱辅助混合通风系统。又由于进行太阳能烟囱辅助混合通风的实验研究难度较大，因此本文采用理论分析、模型实验和CFD数值模拟的方法对其进行研究。论文理论分析了教室太阳能烟囱的质量守恒和能量守恒方程，获得太阳能烟囱强化教室自然通风的合理结构形式；对太阳能烟囱辅助教室混合通风的模型进行实验研究和数值模拟，研究太阳能烟囱辅助教室混合通风的合理通风方式和数值模拟的合理性与可行性；应用FLUENT软件对教室混合通风进行数值模拟，研究送风速度、送风口位置、室内热源强度和排风口压差对室内温度分布的影响，获得教室混合通风合理的结构形式；结合太阳能理论分析和教室混合通风模型实验及数值模拟，设计出太阳能烟囱辅助教室混合通风的合理结构形式，并对其夏季通风和冬季通风多种工况进行数值模拟研究。
　　 研究结果表明：教室用太阳能烟囱能明显改善教室的通风环境。混合通风送、排风口安排在对应侧墙上时，送风速度、送风口位置、室内热源强度对温度分布影响较大；综合性能较好的形式是：自然排风口靠近顶棚、机械送风口靠近地面；机械送风速度取0.5m/s～0.75m/s；Fr数在1.1～1.3之间。太阳能烟囱辅助教室混合通风能明显提高其中自然通风热压，提高混合通风的通风效果。采用地道冷却新风结合太阳能烟囱辅助教室混合通风的结构形式，夏季能满足教室内舒适性；冬季可以根据室外空气温度调节送风量，或将太阳能烟囱作为集热器加热新风送入教室满足教室新风需求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1教室环境现状

1.1.1教室环境的危害

1.1.2教室通风研究

1.2混合通风的国内外研究现状

1.2.1现有混合通风建筑

1.2.2控制方法

1.2.3分析方法

1.3太阳能强化自然通风的研究现状

1.3.1太阳能烟囱

1.3.2双层玻璃幕墙

1.3.3太阳能蓄热墙

1.4本课题的研究内容

2 太阳能自然通风的理论分析

2.1自然通风机理

2.1.1风压作用下的自然通风

2.1.2热压作用下的自然通风

2.1.3风压与热压共同作用下的自然通风

2.2太阳能烟囱自然通风机理分析

2.2.1通风量方程

2.2.2温度方程

2.2.3空气流量影响因素分析

2.3本章小结

3 室内空气流动数值模拟理论

3.1理论分析

3.1.1室内空气流动数值计算的物理模型

3.1.2室内空气流动数值计算的数学模型

3.1.3湍流模型

3.1.4数值计算方法

3.2 FLUENT软件介绍

3.3本章小结

4 教室混合通风方案的实验验证

4.1教室模型的通风实验研究

4.1.1实验装置

4.1.2实验工况

4.2教室模型的数值模拟

4.2.1物理模型

4.2.2数学模型

4.2.3边界条件及参数设置

4.3实验结果与数值模拟结果的比较分析

4.3.1通风方式一

4.3.2通风方式二

4.3.3通风方式三

4.3.4 z-0.12m平面平均温度的变化规律

4.4本章小结

5 教室混合通风的数值模拟

5.1数值计算工况说明

5.2计算结果分析

5.2.1热源强度对室内温度分布的影响

5.2.2送风口高度对室内温度分布的影响

5.2.3送风速度对室内温度分布的影响

5.2.4排风口压差对室内温度分布的影响

5.3本章小结

6 教室太阳能强化混合通风的数值模拟

6.1混合通风结构设计

6.2数值模拟及结果分析

6.2.1太阳能烟囱辅助的混合通风在夏季的使用

6.2.2太阳能烟囱辅助的混合通风在冬季的使用

6.3本章小结

7 结论

参考文献

在学研究成果

致谢