%ab动式太阳能加热系统动态热特性研究.pdf

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1、第48卷第4期2O8年7月大连理工大学学报JournalofDaIianUniVersityofTechnologyVoI．48，NO．4Jnly2O08文章编号：1000—8608(2008)04一0580—07被动式太阳能加热系统动态热特性研究赵金玲“，陈滨1，王永学2，陈翠英1(1．大连理工大学土木水利学院．辽宁大连儿6024；2．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室。辽宁大连116024)摘要：为揭示特隆布墙体作为热边界条件的被动式太阳能实验房的动态热特性，对被动式太阳能实验房进行了实测；根据相关性理论分析了室内

2、空气温度的多种相互耦合的影响因素。表明烟囱效应诱导的空气热循环是影响室内空气温度最显著的因素；根据频域分析理论研究了集热蓄热墙的传热特性；利用R口数分析了各壁面温度对自然对流换热的影响；将间层内的自然对流简化为两个垂直平行平板的大空间自然对流问题。分析确定热循环过程中间层内的空气处于从层流到湍流的复杂流态，湍流至少覆盖墙体高度的一半；最后，根据拟合得到的平均N“数。将空气热循环划分为起始、稳态和消失3个阶段．关键词：被动式；太阳能实验房；特隆布墙体；热特性中图分类号：U656．2文献标志码：A0引言带有特隆布墙体(Tromb

3、ewall)的被动式太阳房是一种有效利用太阳能进行被动式采暖的低能耗建筑．特隆布墙体由玻璃幕墙、南向集热蓄热墙、空气间层以及上、下通风口组成．该墙体将吸收的太阳辐射热量通过非稳态导热、自然对流及辐射相互耦合的传热方式向室内空气传递．深刻了解特隆布墙体的传热过程对正确模拟、预测、分析太阳房的热性能十分重要．由于特隆布墙体的热性能受气候条件、建筑材料以及构造型式等诸多因素影响，需要很多详实的基础实验数据来进行分析．1976年冬季，Trombe在法国的奥代洛地区(0deilIo)对世界上第一个带有特隆布墙体的被动式太阳能实验房的空

4、气热循环性能进行了实验，表明室内空气温度维持在约为20℃时，太阳能提供60％～70％的热量[1]．Akbarzadeh等考察了澳大利亚墨尔本地区特隆布墙体的空气间层厚度和通风口尺寸等因素对空气热循环特性的影响‘2J．Onbasioglu等研究了位于伊斯坦布尔地区(北纬4l。)特隆布墙体间层内空气与室内空气的自然对流换热特性和整个被动式系统中的热循环过程‘引．叶宏等Ⅲ对多种结构的特隆布墙体进行了动态模拟研究，但是相关的实验研究尚有待深入．到目前为止，特隆布墙体的非稳态导热与间层内的自然对流耦合传热问题还没有得到很好的解决．其主

5、要原因在于：玻璃幕墙和墙体壁面温度等边界条件是变化而且未知的；现场原型实验测试数据的应用范围受限于气候特点和建筑设计；理论分析通常采用过分简化的假设条件，如忽略辐射效应、周围环境参数的变化、墙体蓄热性能等因素，假设壁面温度均匀恒定等，因此难以获得比较满意的预测结果．本文对我国北方冬季寒冷地区带有特隆布墙体的被动式太阳能实验房进行实测研究，以了解太阳房的传热过程，改进现有数学模型，提高我国被动式太阳能建筑的热性能并促进其发展．1实验概述大连地区属暖温带半湿润的季风性兼有海洋性气候，冬季平均气温为一4．5～一6．O℃，太阳能年辐

6、射总量为585～500J／(cm2·a)，采暖季收稿日期：Z006一03一04；修回日期：2008一01—04．作者简介：赵金玲’(1974一)，女，博士，讲师；王永学(1955一)，男，教授，博士生导师．第4期赵金玲等：被动式太阳能加热系统动态热特性研究(11一15～3一15)的日平均太阳能总辐射照度为37．8w／(m2·d)【5]，具有利用太阳能的良好条件．该被动式太阳能实验房位于大连理工大学校园内(北纬38．54。，东经121．38。)，实验房外观如图1所示．实验房面积为15．2m2(3．9m×3．9击)，高2．8m．

7、除南向集热蓄热墙体采用300mm厚混凝土墙外，其他朝向的墙体均采用300mm厚煤渣混凝土空心砌块加100mm苯板保温，屋顶为80mm厚混凝土板外加100mm厚保温苯板，玻璃幕墙为双层中空玻璃．集热蓄热墙外表面(简称集热面)为集热涂层，上、下通风口尺寸均为150mm×170mm．图1实验房外观Fig．1Facadeviewofthetestcell利用多路计算机巡回检测系统自动测试空气温度和围护结构壁面温度，每10min自动记录1次．采用SERIESEE66型风速测量仪测试上、下风口处的风速，每5s自动记录1次．特隆布墙体系统

8、的测点布置如图2所示．珞为玻璃幕墙内壁面平均温度；￡。。、￡。、￡Woa分别为墙体集热面上、中、下3部分的表面温度，这3个温度测点所测数据的平均值为集热面平均温度‰；￡。、￡z、￡。分别为距墙体集热面O．175、O．150、O．225m处的墙体内部温度；钿为墙体内壁面平均温度；￡¨f“分别