目前,隨著人類社會(huì)的發(fā)展以及人口的不斷增長(zhǎng),地球上的一次能源正日益枯竭,能源已經(jīng)成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民眾生活的重要議題。而且化石燃料燃燒使得自然環(huán)境日益惡化,節(jié)能減排迫在眉睫。在我國(guó)總的能源消耗中,建筑能耗占到了27.45%,而供暖及空調(diào)能耗又占總建筑能耗的60%以上,所以,未來建筑利用可再生能源的發(fā)展?jié)摿薮�。其�?太陽能是可以利用的最清潔、最豐富的能源。本課題基于前人的構(gòu)思和設(shè)計(jì),以微通道陣列熱管作為傳熱元件,將熱管打彎安裝到建筑南向墻體中,提出了一種可以削弱墻體傳熱延遲性的太陽能微通道熱管集熱墻。通過實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)熱管墻傳熱量隨太陽輻射變化明顯,且采暖季白天室內(nèi)溫度始終高于室外溫度,其溫差為1.4~13.1℃。熱管墻有效得熱量最大為287 kJ/m~2。瞬時(shí)集熱效率最大為81.6%。隨后通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)采暖季白天DH(采暖日度小時(shí)數(shù))值平均減少5.7℃·h,夜間DH值平均減少3.3℃·h,夏季平均過熱度減少0.66℃,過熱時(shí)間系數(shù)減少0.12,說明該熱管墻可以很好地滿足冬季供暖和夏季阻熱目的。本研究同時(shí)考慮了太陽輻射導(dǎo)致的墻體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的輻射和對(duì)流換熱三種傳熱的耦合,采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析方法,建立了微通道熱管墻冬季采暖系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并通過Matlab編程計(jì)算實(shí)驗(yàn)房和微通道熱管墻體內(nèi)部的熱工計(jì)算溫度,然后與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,驗(yàn)證了模型的正確性,并用該數(shù)學(xué)模型和編寫的計(jì)算機(jī)程序?qū)挝幻娣e微通道熱管集熱墻需要的熱管數(shù)量和微通道熱管集熱墻面積進(jìn)行了優(yōu)化分析,發(fā)現(xiàn)采暖季單位面積集熱墻熱管集熱面積為0.36 m~2最合適,增加微通道熱管集熱墻的面積可以提高室內(nèi)溫度。最后,采用SLR(太陽得熱負(fù)荷比)法,對(duì)微通道熱管式太陽能墻體應(yīng)用在北京農(nóng)宅中的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算微通道熱管式太陽能房間所需要的輔助供熱量、節(jié)能率與該房間成本的回收年限,并預(yù)測(cè)了采暖季室內(nèi)平均溫度,為新農(nóng)村住宅的太陽能熱工計(jì)算提供了理論依據(jù),同時(shí),說明此太陽能微通道熱管集熱墻在農(nóng)村住宅中推廣使用是可行的。
【學(xué)位單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK513.1;TU83
【部分圖文】：

-10-圖 2-1 熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 2-2 熱管實(shí)物2.1.1 熱導(dǎo)率概念熱導(dǎo)率是表征物體導(dǎo)熱性能的物理參數(shù)，在數(shù)值上等于單位溫度梯度、單位導(dǎo)熱面積、在單位時(shí)間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量，熱導(dǎo)率越大，表示物體導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。影響熱導(dǎo)率大小的主要因素有物質(zhì)的材料成分、密度、結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等，與物體的幾何形狀無關(guān)，其值通常通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得[31]。2.1.2 熱管等效熱導(dǎo)率計(jì)算通過一定模型轉(zhuǎn)換，熱管等效熱導(dǎo)率的計(jì)算方法如下：

-10-圖 2-1 熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 2-2 熱管實(shí)物2.1.1 熱導(dǎo)率概念熱導(dǎo)率是表征物體導(dǎo)熱性能的物理參數(shù)，在數(shù)值上等于單位溫度梯度、單位導(dǎo)熱面積、在單位時(shí)間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量，熱導(dǎo)率越大，表示物體導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。影響熱導(dǎo)率大小的主要因素有物質(zhì)的材料成分、密度、結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等，與物體的幾何形狀無關(guān)，其值通常通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得[31]。2.1.2 熱管等效熱導(dǎo)率計(jì)算通過一定模型轉(zhuǎn)換，熱管等效熱導(dǎo)率的計(jì)算方法如下：

eff it tQ Al RλΔ Δ= =Σeff-tK 為：effeff-t1 1· ·rilKπR= 半徑，m；effl 為熱管等效長(zhǎng)度，m；i R為熱管總熱eff=2e cal ll l++ 蒸發(fā)段長(zhǎng)度，m；al 為熱管絕熱段長(zhǎng)度，m；cl 為熱熱管蒸發(fā)段受熱，管內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)，蒸汽在壓差作用體工質(zhì)再沿著微通道內(nèi)的微槽流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)，具體工作過程中共有 10 個(gè)熱阻[32]，如圖 2-3 所示
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