北方住宅冬季通風(fēng)與高效儲(chǔ)能新風(fēng)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，北方地區(qū)住宅建筑節(jié)能、室內(nèi)空氣品質(zhì)保障與調(diào)控成為熱點(diǎn)的研究問(wèn)題。北方地區(qū)住宅建筑普遍沒(méi)有安裝機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，冬季開(kāi)窗通風(fēng)是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要手段。通過(guò)開(kāi)窗獲取新風(fēng)的方法調(diào)控能力較差，在冬季室內(nèi)外溫差較大的情況下，長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)窗時(shí)間會(huì)造成嚴(yán)重的建筑熱損失，而新風(fēng)量不足是導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合征的重要因素。針對(duì)北方地區(qū)住宅建筑節(jié)能和室內(nèi)空氣品質(zhì)的矛盾，本文系統(tǒng)圍繞著制約北方地區(qū)住宅建筑通風(fēng)的核心問(wèn)題和高效儲(chǔ)能新風(fēng)系統(tǒng)研發(fā)開(kāi)

2、展研究工作，為解決北方地區(qū)住宅冬季通風(fēng)問(wèn)題提供可行的科學(xué)依據(jù)。
　　本文通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)訪談的方式在北方地區(qū)典型城市-沈陽(yáng)市開(kāi)展了系統(tǒng)的居民冬季開(kāi)窗通風(fēng)相關(guān)問(wèn)卷調(diào)查，在對(duì)大量樣本分析篩選之后，選擇了500戶(hù)居民樣本為研究對(duì)象，利用SPSS軟件對(duì)居民開(kāi)窗行為進(jìn)行了歸納統(tǒng)計(jì)，分析了影響居民開(kāi)窗習(xí)慣和行為的多因素特征，以及這些因素與開(kāi)窗習(xí)慣之間的獨(dú)立相關(guān)性。在調(diào)研與統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，采用示蹤氣體法等測(cè)試手段對(duì)典型住宅建筑的不同尺寸房間

3、進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了北方冬季開(kāi)窗通風(fēng)換氣次數(shù)變化的基本規(guī)律以及房間尺寸、風(fēng)向與開(kāi)窗幅度等因素對(duì)換氣次數(shù)的影響，并基于測(cè)試結(jié)果探討了合理的冬季開(kāi)窗習(xí)慣和行為。
　　建立了房間冬季開(kāi)窗通風(fēng)的過(guò)程數(shù)學(xué)模型，利用 Matlab軟件編制程序進(jìn)行求解。在模型中，基于測(cè)試數(shù)據(jù)提出了單開(kāi)口通風(fēng)的混合系數(shù)公式，對(duì)Warre n的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正；將房間內(nèi)壁面溫度設(shè)為定解條件，通過(guò)大量測(cè)試數(shù)據(jù)擬合了房間壁面不同位置的溫降規(guī)律。利用房間冬季開(kāi)窗通風(fēng)過(guò)

4、程數(shù)學(xué)模型分析了幾種常見(jiàn)的開(kāi)窗通風(fēng)工況，得到了不同開(kāi)窗尺度、室內(nèi)初始溫度以及室外溫度條件下的換氣次數(shù)變化規(guī)律。以測(cè)試房間為原型建立了開(kāi)窗房間的物理模型，采用CFD手段模擬了冬季開(kāi)窗通風(fēng)情況下房間與外界的瞬態(tài)熱交換過(guò)程，模擬得到了房間及開(kāi)口處的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，有助于直觀分析熱壓主導(dǎo)作用下單開(kāi)口通風(fēng)的流動(dòng)換熱特征。
　　構(gòu)建了太陽(yáng)能新風(fēng)集熱器的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析模型，分析了提高太陽(yáng)能利用率的因素，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了太陽(yáng)能新風(fēng)集熱器，建立了基于

5、整體封裝相變材料、浮石強(qiáng)化導(dǎo)熱、熱管轉(zhuǎn)移蓄熱以及 S通道的耦合集成的儲(chǔ)能式太陽(yáng)能新風(fēng)系統(tǒng)。利用DSC測(cè)試設(shè)備對(duì)相變材料進(jìn)行了不同程序的測(cè)試，得到了更加準(zhǔn)確的相變區(qū)間、潛熱值等材料特性。對(duì)太陽(yáng)能新風(fēng)集熱器進(jìn)行了多工況的測(cè)試對(duì)比分析，獲得了提高太陽(yáng)能新風(fēng)集熱器集熱效率的實(shí)際有效措施。測(cè)試耦合集成的儲(chǔ)能式太陽(yáng)能新風(fēng)系統(tǒng)之后，得到了熱管促進(jìn)集熱效率提升以及相變儲(chǔ)能蓄換熱裝置延長(zhǎng)新風(fēng)供應(yīng)時(shí)間的實(shí)際效果。針對(duì)蓄換熱裝置放熱效果不夠理想的問(wèn)題，利用數(shù)

6、值模擬的方法進(jìn)行了縮減流道尺寸和縮減相變儲(chǔ)能模塊厚度的方案優(yōu)化。
　　研究結(jié)果表明，北方居民的開(kāi)窗習(xí)慣不太合理且自然換氣次數(shù)嚴(yán)重不足，居民有必要減少單次開(kāi)窗時(shí)間并增加開(kāi)窗頻次，室內(nèi)空氣品質(zhì)的主觀感覺(jué)與居民健康意識(shí)與開(kāi)窗習(xí)慣之間存在顯著相關(guān)性；Matlab程序預(yù)測(cè)的模擬值和實(shí)驗(yàn)值之間具有比較好的一致性，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型理論思路（修正單開(kāi)口通風(fēng)經(jīng)驗(yàn)公式、使用壁面溫降規(guī)律等）的正確性；冬季開(kāi)窗通風(fēng)過(guò)程規(guī)律與夏季情況顯著不同，呈現(xiàn)快速下降和

7、趨于平緩的瞬態(tài)變化特征，在實(shí)驗(yàn)條件下房間尺寸對(duì)換氣次數(shù)的影響要比開(kāi)窗尺度、風(fēng)向、室內(nèi)初始溫度、室外溫度更為明顯；研發(fā)的太陽(yáng)能新風(fēng)集熱器在室外零度的情況下最高平均集熱效率能夠達(dá)到55.3％，在熱管作用下太陽(yáng)能的有效利用率進(jìn)一步上升了6.9％，而相變儲(chǔ)能蓄換熱實(shí)驗(yàn)裝置延長(zhǎng)新風(fēng)的供應(yīng)時(shí)間為4.5小時(shí)；模擬優(yōu)化方案中縮減相變儲(chǔ)能模塊厚度對(duì)于提升相變儲(chǔ)能蓄換熱裝置的放熱效果更加明顯，得到的最高有效放熱率為85.2％。
　　本文的研究成果可以