【摘 要】
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当前随着我国经济的快速发展,能源消耗量日益增多,建筑能耗占总能耗较大比例,可再生能源具有清洁环保无污染的优势,代替传统能源为建筑供能是实现“碳中和”的有效途径之一,其中太阳能资源作为一种广泛分布的可再生能源,尤其在太阳能资源丰富程度三类以上的北方地区应用较广。另一方面,“近零能耗建筑”近年来在我国得到了大力推广,相关技术日益成熟,该类建筑由于其围护结构具有高保温隔热性能和高气密性能,采用新风热回收
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当前随着我国经济的快速发展,能源消耗量日益增多,建筑能耗占总能耗较大比例,可再生能源具有清洁环保无污染的优势,代替传统能源为建筑供能是实现“碳中和”的有效途径之一,其中太阳能资源作为一种广泛分布的可再生能源,尤其在太阳能资源丰富程度三类以上的北方地区应用较广。另一方面,“近零能耗建筑”近年来在我国得到了大力推广,相关技术日益成熟,该类建筑由于其围护结构具有高保温隔热性能和高气密性能,采用新风热回收技术可有效降低建筑物能耗。本文将太阳能利用技术和近零能耗建筑技术结合起来,主要探究了在低负荷情景下的太阳能供暖系统中换热水箱的换热特性与蓄热特性。本文的研究内容和成果主要有:(1)以寒冷地区大连市内某栋二层超低能耗住宅为例,使用TRNSYS软件的多区域建筑负荷模型TRNBuild,根据相关规范设置室内设计参数、外围护结构参数等值对建筑热负荷进行逐时模拟,对比了添加新风热回收装置前后的供暖能耗,得出添加热回收装置能降低能耗33%左右。(2)基于该建筑设计了一套太阳能-电能(辅助能源)联合供暖系统,使用TRNSYS仿真模拟软件建立太阳能-电能复合供暖系统仿真模型,研究供暖季第一年11月16日—次年3月27日系统的运行特性,得出系统运行一年,太阳能利用率为89%。供暖太阳能保证率为32%,具有良好的适用性。(3)基于该供暖系统对换热水箱的换热特性进行优化,采用单因素敏感性分析与正交模拟相结合的方式,得到螺旋盘管换热器换热系数影响因素的显著性程度,从大到小依次为螺旋盘管换热器面积、盘管内质量流量和换热水箱容积;同时得到了螺旋盘管换热器换热量影响因素的显著性程度,从大到小依次是螺旋盘管换热器面积、换热水箱容积和管内质量流量;还得到了太阳能保证率影响因素的显著性程度,从大到小依次是螺旋盘管换热器的面积、集热器面积和换热水箱容积。(4)在水箱中保持良好的热分层可提高水箱的蓄热率,为此本文在换热水箱蓄热过程中,使用CFD仿真模拟软件对水箱内温度场进行了计算模拟,在模拟过程中使用ANSYS ICEM软件对求解区域生成计算网格,设定边界条件进行三维非稳态数值模拟分析,分析盘管弯曲直径、管内质量流量与挡板角度对水箱热分层的影响,得到以下结论:换热器内部无明显热分层现象;间接式换热水箱相比于直接式蓄热水箱呈现类似“活塞流”的温度迁移,热分层效果好;蓄热过程中水箱斜温层厚度随着蓄热时间增加而逐渐变大;盘管弯曲半径与水箱半径之比为2/5和4/5的水箱具有良好的热分层效果,还设计了五种挡板角度,得出中心开口向上15°的设计热分层效果最好;换热水箱容积与盘管面积之比为1.5的水箱,管内质量流量为0.78 kg/s的热分层效果最好。
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