厚重型被覆结构蓄热的被动式太阳房室内热环境优化研究

Passive solar house as a special form of energy saving building ,has the advantages of low cost, convenient use and maintenance, and is very suitable for countryside in Xinjiang where solar energy resources are rich ,heating period is long ,living scattered and economy is backward. However, the main problem is room temperature is unsteadiness. The object research of this project is improved residential solar house, and it combine the passive technology with traditional houses organically. Establishing solid model which has the same size with the substance, setting the direct beneficiary window and heat collecting wall on the south side of the model, the other three sides surrounded by burial soil, setting basement in the middle of the model, ventilation pipe through the basement roof or wall to the south of the house. Through the test about solid model thermal, analysis the variation law of the indoor temperature field, get basic parameters relate to ventilation. Establishment of dynamic analysis of indoor thermal environment model, according to the standards of basic winter room temperature of 16 centigrade, proceeding dynamic simulation of thermal environment using CFD technology and Fluent software, adjusting the heat ventilation mode, getting the optimization of thermal storage scheme which room temperature is no more than 6 centigrade. Adjusting and improving the ventilation parameters of entity model, amending and improving the heat balance equation through further experiment, raising the optimal ventilation mode between basement and upper room and the parameters of heat collecting wall ,tuyere and damper and its control method ,providing a theoretical basis for the local sun room design and selection of auxiliary energy.

被动式太阳房作为节能建筑的一种特殊形式，具有造价低、使用维护方便的优点，非常适合于太阳能资源丰富、采暖期长、居住分散、经济落后的新疆广大农村，但存在的主要问题是室温不稳定。本项目以改良型民居太阳房为研究对象，把被动式技术与传统民居有机融合在一起。修建1:1的实体模型，在模型南侧设直接受益窗和集热墙；其余三侧围掩体土，在中部设地下室，通风管道穿过地下室顶板或墙体至南侧居室，通过实体模型热工试验，分析室内温度场变化规律，得到通风相关的基本参数。建立室内热环境动态分析简化模型，按照冬季基础室温16℃的标准，采用CFD技术、借助软件Fluent进行热环境动态模拟，调整热通风模式，得到室温波动≤6℃的优化后热蓄调方案。调整、改进实体模型的通风参数，通过进一步实验，修正和完善热平衡方程，提出地下室与上部房间之间最佳通风模式，集热墙风口风门的参数与控制方法，为当地太阳房设计、辅助能源选择，提供理论依据。

新疆地域辽阔，气候寒冷，采暖期长,居住分散。被动式太阳房作为节能建筑的一种特殊形式，具有造价低、使用维护方便的优点，非常适合太阳能资源丰富的新疆广大农村，但存在的主要问题是室温不稳定。本项目以改良型民居太阳房为研究对象，提出利用厚重型被覆结构进行热量蓄调，平衡太阳房室温的设计思路把被动式技术与传统民居有机融合在一起。.修建了1:1的实体模型，在模型南侧设直接受益窗和集热墙；其余三侧围掩体土，设有地下室，通风管道穿过地下室顶板至上部居室。通过实体模型热工试验，分析室内温度场变化规律，得到与通风相关的基本参数：太阳能集热墙空气间层厚度、上下通风孔直径、上下通风孔中心距。考虑各种内扰和外扰共同对室内热环境的耦合作用，建立了农宅热过程的物理模型、简化的数学模型和厚重型被覆结构蓄热的被动式太阳房热平衡方程。按照冬季基础室温16℃的标准，采用CFD技术、借助软件Fluent对厚重型被覆结构太阳房农宅室内热环境进行模拟，根据动态热平衡模拟温度场、速度场结果，确定了室温波动≤6℃优化后的热蓄调方案，调整热通风模式，修正室内热平衡方程；在数值模拟的基础上，根据优化的热蓄调方案所对应的热通风模式要求，调整、改进实体模型的通风口：太阳能集热墙空气间层最佳厚度为200mm、上下通风孔直径最佳取值为200mm、上下通风孔中心距最佳值为2000mm；再通过实验研究，进一步修正热平衡方程，提出地下室与上部房间最佳通风模式，集热墙体风口风门的参数与控制方法。通过本项目的研究，在一定的增量成本下，保证了室温不低于基础室温Tb=16℃、年常规辅助热源采暖能耗最小。另外，利用集热墙等集热与地下室周围土壤的蓄热组合进行热量蓄调，能够在阴天、夜间持续地进行，大大降低了被动式太阳房主要房间的温度波动，并通过计算机动态模拟能耗分析，得到室温波动较小的热蓄调方案，为当地太阳房的优化设计和辅助能源的选择提供切实可靠的理论依据。不仅能有效地节能、节资、环保，而且还能显著地提高农村住宅室内环境的舒适度。本项目的技术成果具有的典型的地域特色和适宜技术优势。