严寒地区浅层地热联合太阳能集热墙系统优化研究.pdf

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1、分类号：密级：公开学号：2015200916单位代码：10759石河子大学硕士学位论文严寒地区浅层地热联合太阳能集热墙系统优化研究学位申请人杨婷婷指导教师姜曙光教授申请学位门类级别工学硕士学科、专业名称寒区工程结构研究方向寒区工程材料与建筑节能所在学院水利建筑工程学院中国·新疆·石河子2018年6月OptimizationdesignresearchonthesystemcombinedshallowgeothermalwithsolarwallinseverecoldareaADissertationSubmittedtoShiheziUniver

2、sityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByYangTingting(ColdAreaEngineeringStructure)DissertationSupervisor：Prof.JiangShu-guangJune，2018摘要基于我国西北严寒地区非集中式供暖的农村住宅存在采暖能耗过高、环境污染严重等问题，本文提出了一种浅层地热联合太阳能集热墙系统，该系统是在被动式太阳房的基础上联合浅层地热能的一种新型应用形式，一方面利用太阳能集热墙系统

3、提高或降低室内温度，另一方面是利用地下室对上部房间内的热量进行蓄调，提高室内的热舒适性。本文选用现场测试和数值模拟方法对浅层地热联合太阳能集热墙系统运行工况进行研究，以新疆省石河子市石河子大学试验场1连的被动式太阳能试验房为对象，研究测试其最优供暖通风运行模式。另外，选取了一幢与该试验房一层建筑面积、结构、布局相同的普通农宅作为对照房进行相应的热工参数测试。夏季，对比分析了3种通风模式和3种通风时间的降温效果。试验结果表明：采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的通风模式C3的室内平均温度明显优于其它模式，平均温度降低了2.64℃；通风时间为12h的C5模

4、式，其被动降温效果优于其他两种模式，且随着通风时间的延长，被动降温效果出现下降的趋势。冬季，对比分析了3种供暖模式、不同天气状况（晴天、阴天）下的供暖效果。试验结果表明：采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的供暖模式C8的供暖效果优于其他模式；晴天时，试验房室内温度基本维持在9.4～13℃，且白天室内温度有5h≥12℃，基本满足了该地区农村住宅冬季对供暖的需求；阴天时，试验房全天室内温度变化平稳，基本维持在4.3℃左右；当室外天气状况为晴天且空气质量指数（airqualityindex，AQI）符合二级标准限值时，试验房在采暖期内10月、11月、及次年的

5、3月、4月，可仅依靠浅层地热联合太阳能集热墙系统满足室内温度的要求，节能效果显著。同时，利用数值计算方法对浅层地热联合太阳能集热墙系统进行数值模拟，分析了增设地下室对太阳能试验房冬夏季供暖通风效果的影响和太阳能集热墙上、下通风口和地下室顶板通风口开启时间对系统运行效果的影响。数值模拟的结果表明：浅层地热联合太阳能集热墙系统供暖通风效果优于太阳能集热墙系统；建议严寒地区新疆农村住宅采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的被动式太阳房集热墙上、下通风口和地下室顶板通风口适合在12：00-13：00左右开启运行、在下午18：00-19：00左右关闭，并且地下室顶

6、板通风口应在晚上0：00-8：00时间段维持开启状态。本研究为新疆严寒地区农村应用浅层地热联合太阳能集热墙系统的被动式太阳房的冬夏季供暖通风模式的选取设置及优化，提供了简单实用的技术参考。关键词：浅层地热能；太阳能集热墙；试验；数值模拟；运行工况IAbstractDuetotheproblemsofexcessiveheatingenergyconsumptionandseriousenvironmentalpollutioninruralresidentialbuildingsbasedondecentralizedheatingincoldreg

7、ionsofnorthwestChina,thispaperproposesashallowgeothermalcombinedsolarcollectorwallsystembasedonpassivesolarhouses.Anewtypeofapplicationofthecombinedshallowgeothermalenergy,ontheonehand,utilizesasolarcollectorwallsystemtoincreaseordecreasetheindoortemperature,andontheotherhand,u

8、sesthebasementtoadjusttheheatintheupperroomtoimproveth