(重要)太阳能烟囱增强热压自然通风的计算研究
太阳能烟囱强化自然通风在建筑节能中的应用研究
太阳能烟囱强化自然通风在建筑节能中的应用研究太阳能烟囱是一种利用太阳能驱动的自然通风系统，可以在建筑节能中发挥重要作用。
它通过利用太阳能的热量来驱动气流的运动，实现建筑内外的热量交换，减少空调系统的能耗。
本文将详细介绍太阳能烟囱在建筑节能中的应用研究。
首先，太阳能烟囱可以被广泛应用于建筑物的通风系统中。
该系统由两部分组成：太阳能烟囱和室内排气机。
太阳能烟囱通过太阳能吸收板将太阳能转化为热能，将热空气向上运动。
室内排气机将室内的热空气排出室外，形成一种自然的通风效果。
该系统可以在不使用空调的情况下，通过通风的方式实现室内外的热量交换，达到节能的目的。
其次，太阳能烟囱可以提高建筑物的空气质量。
通过太阳能烟囱的通风系统，室内的污浊空气可以及时排出，而新鲜空气可以进入室内，提高室内空气的质量。
这对于人们的身体健康和舒适度非常重要。
此外，太阳能烟囱还可以减少建筑物的能耗。
传统的空调系统需要消耗大量的电力来调节室内的温度。
而太阳能烟囱可以充分利用太阳能来驱动气流的运动，无需消耗额外的能源。
因此，使用太阳能烟囱可以减少建筑物的能耗，降低能源消耗和相关的环境污染。
而且，太阳能烟囱还可以提高建筑物的舒适度。
在炎热的夏天，太阳能烟囱可以将热空气排出室外，从而降低室内温度，提供一个凉爽的环境。
在寒冷的冬天，太阳能烟囱可以使室内温暖，减少供暖的能耗。
通过调节通风系统，太阳能烟囱可以根据季节和室内不同的需求来实现舒适度的提高。
最后，太阳能烟囱还可以提高建筑物的建筑形态设计。
太阳能烟囱可以被设计成建筑物的一部分，融入到建筑物的整体设计中。
通过合理设计太阳能烟囱的形状和位置，可以使其在美学上具有一定的功效，提升建筑物的外观效果。
总结起来，太阳能烟囱作为一种利用太阳能驱动的自然通风系统，在建筑节能中具有重要的应用价值。
它不仅可以降低建筑物的能耗和环境污染，提高空气质量和舒适度，还可以美化建筑物的外观。
因此，加强太阳能烟囱在建筑节能中的应用研究，对于促进可持续发展和创建绿色建筑具有重要的意义。
《建筑室内热源羽流与多曲面太阳能烟囱协同通风性能研究》
《建筑室内热源羽流与多曲面太阳能烟囱协同通风性能研究》摘要：本文旨在研究建筑室内热源羽流与多曲面太阳能烟囱的协同作用，在提高室内空气质量、减少能耗和促进通风效果上的综合表现。
通过对该协同系统的原理、实验方法及数据分析进行深入研究，以期为绿色建筑设计与可持续发展提供有力的技术支持。
一、引言随着人们对建筑室内环境要求的提高，以及可持续发展理念的普及，绿色建筑逐渐成为建筑设计的主流方向。
在绿色建筑中，如何有效地利用自然能源，实现室内空气的高效流通和热源的有效管理成为研究的重点。
其中，多曲面太阳能烟囱和室内热源羽流的应用及二者之间的协同效应是本文研究的重点。
二、多曲面太阳能烟囱原理及特点多曲面太阳能烟囱是一种利用太阳能进行自然通风的装置。
其工作原理是通过吸收太阳辐射能，在烟囱内部形成温度梯度，进而产生热压驱动空气流动。
多曲面设计能够提高太阳能的吸收效率，并增强烟囱内部的热空气流动速度。
三、室内热源羽流分析室内热源羽流是指由室内热源产生的热空气上升流动的现象。
这种羽流能够带动周围空气的流动，从而改善室内的通风状况。
通过对室内热源的合理布局和调控，可以有效地引导和控制羽流的流动方向和速度，从而达到优化室内通风的目的。
四、协同系统的工作原理与实验设计本文研究的协同系统结合了多曲面太阳能烟囱与室内热源羽流的优点。
系统通过太阳能烟囱产生的热压和室内热源羽流的上升力共同作用，形成了一个高效、自然、绿色的通风系统。
实验设计通过建立模拟室内环境，测试协同系统在不同天气条件、不同时间段及不同室内温度下的工作效果。
五、实验结果与分析实验结果表明，协同系统在阳光充足的情况下，能够有效地利用太阳能驱动烟囱内部空气流动，并引导室内热源羽流形成有组织的通风模式。
这不仅提高了室内的空气质量，减少了空调等设备的能耗，还降低了噪音污染。
同时，通过对数据的深入分析发现，协同系统在冬季和过渡季节的表现尤为突出，能够有效利用太阳能为建筑提供暖风。
太阳能烟囱在强化建筑自然通风中的应用
太阳能烟囱在强化建筑自然通风中的应用太阳能烟囱在强化建筑自然通风中的应用摘要：介绍了太阳能烟囱强化自然通风的原理、意义及太阳能烟囱的实例应用。
在总结了国内外学者关于太阳能烟囱强化自然通风的研究成果的基础上，提出三种可用于实际的复合太阳能烟囱系统。
关键词：太阳能烟囱；自然通风；生态建筑；复合系统中图分类号：S891+.5 文献标识码：A 文章编号：0 引言太阳能是世界上最丰富的可再生能源，太阳能的利用技术，也一直备受关注。
如何将太阳能有效地融入建筑设计中以实现太阳能建筑一体化已成为生态建筑研究的热点问题。
太阳能烟囱作为被动式太阳能利用形式之一，最早是由法国太阳能实验室主任Felix Trombe教授在1967年提出的，其研究成果在当时引起了人们的普遍关注。
在近几十年的时间里，国内外对太阳能烟囱进行了大量实验及数值模拟研究，提出了各种各样的太阳能烟囱结构形式，并应用于室内通风及其他领域。
1 太阳能烟囱强化自然通风的原理太阳能烟囱基于热压作用下的通风原理，巧妙地应用太阳辐射热和烟囱的“拔风”作用来强化室内自然通风。
太阳能烟囱通过吸收太阳辐射能加热腔内空气，增大烟囱内外温差从而增强热压，同时利用烟囱效应的抽吸作用强化自然通风，增加室内通风量，改善通风效果。
常见的太阳能烟囱形式有：Trombe墙体式、竖直集热板屋顶式、倾斜集热板屋顶式，另外还有墙壁-屋顶式、辅助风塔通风式结构等。
[1]利用太阳能烟囱技术来强化室内的自然通风具有很显著的意义，主要表现为：1)加强室内自然通风，能够提高室内空气质量，避免由于空气质量的下降而引发空调综合症。
同时，太阳能烟囱强化室内自然通风的动力为太阳能，较之机械通风可节省风机能耗。
2) 太阳能烟囱技术对绿色生态建筑的发展具有积极的推动作用。
作为被动式太阳能利用形式之一，太阳能强化通风技术因其设计简单、造价低及效果明显等优点而颇受建筑设计者的青睐，近年来成为生态建筑能源系统设计中的一个必备的节能与生态元素。
太阳能烟囱内部气流换热特性的数值模拟
太阳能烟囱内部气流换热特性的数值模拟柳仲宝;苏亚欣;刘向锋【摘要】太阳能烟囱是一种利用热压强化自然通风的有效方法.采用FLUENT模拟软件对不同高度的太阳能烟囱进行了数值模拟,分析了烟囱内部空气的温度场、速度场以及局部对流换热系数的变化情况,结果表明在集热墙与玻璃盖板的近壁面处,边界层内温度梯度与速度梯度较大.局部对流换热系数在烟囱进风口上端一定范围内的数值波动较大,并随着竖直高度的增加而逐渐降低,直至流动状态发生变化后随着竖直高度的增加而升高.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2014(033)004【总页数】4页(P17-19,28)【关键词】自然通风;太阳能烟囱;数值模拟;对流换热系数【作者】柳仲宝;苏亚欣;刘向锋【作者单位】上海市建筑科学研究院(集团)有限公司;东华大学环境科学与工程学院;上海市建筑科学研究院(集团)有限公司【正文语种】中文太阳能烟囱是一种利用热压强化自然通风的有效方法。
近年来研究人员对不同形式的太阳能烟囱自然通风的热性能进行了实验测试、理论模型以及数值模拟的研究[1～5]。
在前人建立的理论模型中，普遍采用经验公式来计算太阳能烟囱内空气的局部对流换热系数，进而求得烟囱的通风量。
然而空气在太阳能烟囱通道内受热流动的过程中，由于速度的变化必然会引起玻璃和墙体表面的局部对流换热系数发生变化，这必然会引起换热过程的计算误差从而影响通风量计算的准确性，因此深入探讨烟囱内部的局部流换热系数对研究太阳能烟囱的通风性能具有重要意义。
1.1 物理模型太阳能烟囱主要由玻璃盖板、集热墙以及空气通道所构成，如图1所示。
烟囱的空气通道的宽度为0.3m，下部空气入口的高度为0.3m，烟囱的高度在2～4m之间变化。
室外太阳辐射通过透明玻璃盖板进入烟囱通道后被集热墙的蓄热材料吸收，从而加热通道内的空气，使之产生内外密度差形成向上运动的自然对流，从烟囱顶端流出至室外。
室内空气则通过集热墙下部的入口流入空气通道，从而使室内的空气形成自然通风，达到通风换气的目的。
多通道太阳能烟囱的通风性能
多通道太阳能烟囱的通风性能赵文博;雷勇刚;王飞【摘要】提出在竖直式太阳能烟囱中内置半圆柱形吸热墙的多通道太阳烟囱结构形式,并通过数值模拟对其通风特性进行研究.分析竖直式太阳能烟囱优化结构在不同的通道宽度W、墙体高度H、半圆柱吸热墙半径R下通风量的变化,并对优化与传统的结构形式的通风量进行对比.结果表明:在内置吸热墙半径为60、75、100、150 mm,热流密度为100～1 000 W/m2的范围内,设置半圆柱形吸热墙的多通道太阳能烟囱通风量比传统的结构增长了16％～32％.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】5页(P142-146)【关键词】太阳能烟囱;半圆柱形吸热墙;优化;数值模拟【作者】赵文博;雷勇刚;王飞【作者单位】太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024;太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024;太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TU834近年来，随着能源消耗问题变得突出，利用自然通风改善室内环境和实现建筑节能越来越受到人们的重视.利用太阳能强化自然通风不仅可以改善室内热环境,满足房间一定的舒适性要求，还可以节约设备和运行费用，创造可持续发展的绿色建筑环境.Bouchair [1]在实验室条件下对太阳能烟囱进行全尺寸的实验研究.Mathur等[2-3]从理论和实验方面评估了在热气候条件下利用太阳能诱导室内通风的可能性,发现空气流量随太阳辐射照度、吸收壁面与玻璃盖板间的空气通道尺寸的增大而线性增加；同时研究了利用SC(solar chimney)增强自然通风的效果.Burek和Habeb[4]利用电加热模拟了太阳辐射照度在200～1 000 W/m2范围内太阳辐射照度和烟囱宽度对烟囱内通风量的影响.赵平歌[5]利用美国麻省理工学院的MITFLOW程序,获得了太阳能烟囱中三维温度场和速度场分布,得到了通风量与烟囱的高度及进、出风口面积的关系.荆海薇[6]针对竖直集热板SC自然通风模型,通过实验方法研究了其在一侧墙壁受热、热流密度不同时烟囱内部的温度场和速度场分布情况,结果表明烟囱宽高比为1∶2时测得的通风量最大.孙猛等[7]通过数值模拟的方法对太阳能烟囱房间的气流流动进行了模拟分析，研究了太阳辐射量、环境温度以及太阳能烟囱截面宽度对房间通风量的影响，数值模拟计算结果与理论计算结果吻合程度较好，为强化建筑通风提供了理论依据.左潞等[8]详细阐述了太阳能烟囱强化自然通风的研究背景、技术原理、研究进展以及研究意义，并在总结国内外学者在该领域的主要研究方法和成果的基础上，指出了目前存在的问题，并给出了富有建设性的意见.许淑惠等[9]对太阳能烟囱辅助教室混合通风系统进行了研究，采用了模型实验和数值模拟的方法就室内热源强度、机械送风口位置、机械送风速度和太阳能烟囱辐射强度对教室内空气温度的影响进行了分析.苏亚欣和柳仲宝[10]研究了太阳能竖直集热墙体式和倾斜集热板屋顶式两种典型太阳能烟囱的结构及其强化自然通风的基本原理，并详细讨论了影响太阳能烟囱通风性能的主要因素.井光娥等[11]采用Fluent软件对不同太阳辐射量下太阳能烟囱强化自然通风对室内热环境的影响进行模拟.秦文[12]针对三种太阳能烟囱结构形式，借助数值模拟方法研究了在全天玻璃表面与集热板热流强度动态变化条件下太阳能烟囱的通风量变化、室内热环境和空气流动特征.柳仲宝等[13]采用 Fluent模拟软件对不同高度的太阳能烟囱进行了数值模拟，分析了烟囱内部空气的温度场、速度场以及局部对流换热系数的变化情况，结果表明在集热墙与玻璃盖板的近壁面处，边界层内温度梯度与速度梯度较大，局部对流换热系数在烟囱进风口上端一定范围内的数值波动较大，并随着竖直高度的增加而逐渐降低，直至流动状态发生变化后随着竖直高度的增加而升高. 本文研究提出太阳能烟囱结构的优化，即在竖直式烟囱中内置半圆柱形吸热墙的多通道太阳能烟囱结构形式；并通过三维数值模拟的方法，对其通风性能进行研究. 图1为太阳能烟囱的传统竖直式结构示意图.通风墙高为H，宽度为W，深度为L，进口高度为h;进口与吸热墙体在一侧，出口位于烟囱的顶部，左侧为透明的玻璃盖板，右侧为吸热墙体，烟囱的前壁面和后壁面为对称壁面，均为绝热壁面.太阳能烟囱的优化竖直式结构如图2所示.通风墙高为H，宽度为W, 深度为L，进口高度为h，烟囱内置的半圆柱型吸热墙的半径为R;模型的左侧为透明的玻璃盖板，右侧为室内墙体，前壁面和后壁面为对称的墙体，位于烟囱内部的半圆柱形墙体为吸热墙.为了加强自然通风，该结构形式在传统的太阳能烟囱中内置半圆柱形吸热墙，增大了太阳辐射面积，加热通道内空气，使内外密度差增大，推动了热气流上升，强化了太阳能烟囱的通风性能.2.1 计算网格及独立性考核在模型建立中，由于计算模型的复杂性，烟囱内部采用了非结构化的四面体网格，局部计算网格如图3所示.为了使计算结果准确和节省计算资源，进行了网格的独立性考核，建立了多套网格，网格数分别为207 794、249 942、319 000、414 141，通过采用不同的网格数目对通风道内的通风量进行计算.计算结果如图4所示.从图中可以看出，第三套和第四套网格计算结果的偏差为1%.从计算结果的精度及计算速度方面考虑，选择第三套网格作为数值模拟的网格，其网格数为319000.2.2 数学模型太阳能烟囱内空气流动的数学控制方程如下：1) 连续性方程2) 动量方程3) 能量方程4) κ方程5) ε方程式中:vi为在xi方向上的速度分量；vj为在xj方向的速度分量；ρ为空气密度；p 为压力；gi为i向的重力加速度；β为热膨胀系数；T为温度；k为湍流动能；ε为湍流动能耗散率.以上公式中，i-Τ∞)源于流体密度变化，由Boussinesq假设项获得.假设认为，除竖直流动中的浮升力项整个系统被认为不可压流，即仅考虑空气密度变化对浮升力的影响.2.3 边界条件数值模拟的边界条件如下：1) 固体壁面的速度采用无滑移条件，吸热墙的热流密度为100～1 000 W/m2，玻璃的吸光率为0.06，透光率为0.85，黑色涂料的墙壁吸热率为0.95，相对应玻璃的热流密度分别为7.43～74.3 W/m2，模拟中对玻璃的热流设置为10.5 W/m2，烟囱的底部，前后侧和右侧的墙壁都为绝热墙壁.2) 烟囱的进口和出口处设为压力边界条件，进口侧温度为296 K.2.4 计算方法模拟计算时采用RNG k-ε模型, 壁面采用标准壁面函数方法处理；速度与压力之间的耦合采用半隐式SIMPLE 算法进行处理；采用二阶迎风格式对方程进行离散，离散方程的求解应用亚松弛 TDMA 算法.计算中，能量方程的收敛标准为10-6，连续性方程和动量方程中的速度收敛指标为10-5，k方程和ε方程的收敛指标为10-5.3.1 计算有效性验证为验证本文模型及数值方法上的可靠性，对文献[14]实验条件下竖直式太阳能烟囱模型内的自然通风进行数值模拟计算.文献[14]中的实验为一个烟囱壁面为均匀的热通量变化的竖直式太阳能烟囱模型，其烟囱高度为1.5 m，深度为0.62 m，宽度在0.1～0.6 m之间变化，热流密度变化范围为200～600 W/m2.模拟结果与实验结果的比较如图5所示.图5为通风量随热流密度的变化关系.可以看出，太阳能烟囱通风量随热流密度的增大呈上升趋势，与实验中所观察到的结果基本吻合.数值模拟与实验所采用的材料及厚度不同，对通风量造成了一定的影响.结果表明，计算结果与实验结果的偏差小于15%.数值计算结果与实验数据吻合较好，充分说明了本文数值模拟的有效性和可靠性.3.2 太阳能烟囱宽度对自然通风特性的影响图6为内置不同半径的半圆柱形吸热墙结构和传统结构的太阳能烟囱通风量随着烟囱宽度变化的关系图.其中，热流密度为1 000 W/m2，高为3 m.计算结果表明：当半圆柱形吸热墙的半径分别为60、75、100、150 mm时的通风量均高于同一宽度时传统太阳能烟囱的通风量.可以看出，优化和传统结构的通风量随着烟囱通道宽度的增加而增大，但是增加的幅度越来越小.这主要是由于烟囱的宽度增大，通道内的空气质量增多，使得空气的温升减缓，从而降低了空气黏度，使空气阻力下降，又使空气的流速增大，因此增大了烟囱内的通风量.但是,随着烟囱宽度的增大，烟囱内部会开始出现回流现象，阻碍气流，因此通风量增加的幅度越来越小. 当烟囱的宽度分别为300、350、400、450、500 mm时，优化结构与传统结构相比，风量的增长幅度依次为22.8%～24.6%，19.4%～26.2%，26.5%～27.5%，28.0%～29.6%，29.5%～32.0%；当烟囱宽度为500 mm，半径为150 mm时，风量的增长幅度达到最大约32%.值得注意的是，内置半圆柱形吸热墙优化结构的通风量的增长幅度会随着太阳能烟囱宽度的增大而增大，这意味着该结构在太阳能烟囱宽度较大时，其强化通风的效果更好.3.3 半圆柱形吸热墙的半径对自然通风特性的影响图7为内置不同半径的半圆柱形吸热墙的优化结构的通风量随着吸热墙半径变化的关系图.其中，热流密度为1 000 W/m2，烟囱高为3 m.计算结果表明：当烟囱的宽度为300 mm时，吸热墙半径在60～100 mm时通风量增大了0.3%；而当吸热墙半径为150 mm时通风量降低了1.1%；烟囱的宽度为400 mm时，随着吸热墙半径增大通风量只增大了0.87%；当烟囱的宽度为500 mm时，随着吸热墙半径增大，通风量的增长幅度也很小，只有1.2%～1.6%.从而可以得知，随着吸热墙半径的增加，通风量变化趋势平缓.这是由于在同一高度和深度时，随着半圆柱形吸热墙的半径不断增大，吸热墙的吸热面积不变，因此随着吸热墙半径的变化，通风量变化较小.3.4 太阳能烟囱的高度对自然通风特性的影响图8为内置半圆柱形吸热墙的优化结构的通风量随着烟囱高度变化的关系.其中热流密度为1 000 W/m2，烟囱宽度为300 mm.计算结果表明：当烟囱的高度分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 m，半圆柱形吸热墙的半径为60、75、100、150 mm时，通风量均高于相同高度下传统烟囱的通风量.从图中可以看出，随着烟囱高度的增加,通风量的增加程度极其明显.这是因为当烟囱宽度确定时，随着烟囱高度的增加，空气流动的热压随之升高,而且由于烟囱高度的增加，蓄热板的表面积增大,从而得到更多太阳辐射热量,由此强化了太阳能烟囱自然通风.当烟囱的高度分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 m时，将优化结构与传统结构相比，风量的增长幅度依次为18.8%～22.0%，21.1%～23.3%，22.7%～24.6%，23.8%～24.9%，24.7%～26.0%.其中，当高度一定，吸热墙半径为75 mm时，风量的增长幅度达到最大；当烟囱高度为4 m，半径为75 mm时，风量的增长幅度达到最大约26%.结果表明，优化结构的通风量的增长幅度会随着高度增大而增大；当吸热墙半径为75 mm时，烟囱内风量增长的幅度达到最大，其中存在一个最佳的半径，使得通风效果达到最好.3.5 壁面热流密度对自然通风特性的影响图9为烟囱的优化结构与传统结构的通风量随着热流密度的变化关系.其中，烟囱高度为3.0 m，宽度为300 mm，吸热墙半径为100 mm.计算结果表明，当热流密度为100～1 000 W/m2时，优化结构与传统结构的通风量不断增大，但是优化结构的通风量增长幅度比传统结构的增长幅度大.在热流密度从100 W/m2增加到1 000 W/m2时，优化结构的通风量相对于传统结构，风量增长的幅度为6.3%～24.6%.随着壁面热流密度增加，壁面吸收的热量增大，即用来加热烟囱通道内空气的热量增大，烟囱内的温度越高，则内外的密度差越大，热压越大，从而增大了自然通风量.从图中进一步分析可以看出，优化结构的通风量要明显大于传统结构的通风量，而且随着热流密度的不断增长，优化结构通风量的增长幅度较大. 提出内置半圆柱形吸热墙的竖直式太阳能烟囱.通过三维数值模拟，对内置半圆柱形吸热墙的太阳能烟囱的通风性能进行研究，主要结论如下.1) 在竖直式太阳能烟囱内设置半圆柱形吸热墙，不仅增大了吸热墙的表面积，而且增加了太阳辐射的热量，并以此来加热夹层空气，驱动其流动，使得烟囱内的通风量增加.2) 在热流密度为100～1 000 W/m2范围内，设置半圆柱形吸热墙的太阳能烟囱结构的通风量要明显大于传统结构的通风量.随着热流密度的不断增长，优化结构通风量的增长幅度要远高于传统结构的增长幅度，风量增长的幅度为6.3%～24.6%.3)设置半圆柱形吸热墙的太阳能烟囱的通风量随着烟囱宽度和高度的增大而增大，并且随着宽度和高度的增大烟囱内部开始出现回流现象，通风量增大的幅度变小.随着半圆柱形半径的变化，烟囱内的通风量变化不大.致谢：本文得到太原理工大学校团队项目基金(2013T051)的资助，在此表示感谢.【相关文献】[1] BOUCHAIR A.Solar chimney for promoting cooling ventilation in southern Algeria [J].Building Services Engineering Research and Technology,1994,15(2):81-93.[2] MATHUR J,BANSAL N,MATHUR S,et al.Experimental investigations on solar chimney for room ventilation [J].Solar Energy,2006,80(8):927-935.[3] MATHUR J,MATHUR S.Summer-performance of inclined roof solar chimney for natural ventilation [J].Energy and Buildings,2006,38(10):1156-1163.[4] BUREK S A M,HABEB A.Air flow and thermal efficiency characteristics in solar chimneys and Trombe Walls [J].Energy and Buildings,2007,39(2):128-135.[5] 赵平歌.太阳能烟囱增强热压自然通风的计算研究[J].西安工业学院学报,2004,24(2):181-184.[6] 荆海薇.太阳能烟囱自然通风效果实验研究 [D].西安:西安建筑科技大学,2005.[7] 孙猛,刘靖,雷兢.太阳能烟囱强化自然通风的数值模拟 [J].建筑科学,2006,22(6):26-29.[8] 左潞,郑源,周建华,等.太阳能强化烟囱技术在强化室内自然通风中的研究进展 [J].暖通空调,2008,38(10):41-47.[9] 许淑惠,董海广,马恬蕾.太阳能烟囱辅助教室混合通风的温度分布特征研究 [J].建筑科学,2010,26(10):47-52.[10] 苏亚欣,柳仲宝.太阳能烟囱强化自然通风的研究现状 [J].科技导报,2011,29(27):67-72.[11] 井光娥,周艳,李庆领.太阳能烟囱热压强化自然通风对室内热环境的影响 [J].青岛科技大学学报(自然科学版),2013,34(1):66-70.[12] 秦文.太阳能烟囱强化自然通风的动态特征研究 [J].制冷与空调,2013,27(4):420-424.[13] 柳仲宝,苏亚欣,刘向锋.太阳能烟囱内部气流换热特性的数值模拟 [J].建筑热能通风空调,2014,33(4):17-19,28.[14] CHEN Z D,BANDOPADHAYAY P,HALLDORSSON J,et al.An experimental investigation of a solar chimney model with uniform wall heat flux [J].Building andEnvironment,2003,38(7):893-906.。
太阳能烟囱强化自然通风测试PPT文档共19页
谢谢！
测试出现问题
• 在测温湿度与空气流动状况的时候，要和 同条件的普通房间相比，两房间内的装修 与家居布置会有不同，可能会对测试结果 造成误差
•谢 谢
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
Байду номын сангаас
测试目的
• 1：太阳能烟囱对室内温度的影响 • 2：太阳能烟囱对室内空气流动的影响
测试与模拟相结合
测试与模拟结合
测试地点
• 本次测试地点为如图的普通农村住宅
测试时间
• 由于太阳能烟囱需要太阳照射，从而有太 阳辐射增加吸热板的温度，所以选择太阳 光照较足、温度较高的夏季为宜，五六七 八月都可，可选择连续的几天天气晴朗的 时间段集中测试。
测试内容：太阳能烟囱对室内温度的影响
• 测试仪器：温度块 • 测试步骤：房间测量面积不大于16平方米时测量一点，应
选择房屋对角线中心点距地面高1.2～1.5米处作为温度测 量点；房间测量面积大于16平方米但不大于30平方米时测 量两点，应任选房屋的一条对角线三等分，其两个等分点 且距地面高1.2～1.5米处作为测量点；房间测量面积大于 30平方米时测量五点，应选择距离房屋外墙内表面不小于 1.5米，距离内墙表面不小于1.0米处及对角线中心点处且 距地面正上方1.2～1.5米范围内的位置作为测量点；房间 测量点不能符合以上要求的,应按房间实际情况，均匀设 置测量点。 • 测量前应关闭户门和外窗，保持24小时以上；测量时， 传感器应避免阳光直射或其他冷、热源干扰；读数时应避 免人员走动。 • 测量时保持两住宅门窗开启数、朝向、幅度相同
太阳能通风技术的实验研究与应用
太阳能通风技术的实验研究与应用摘要：文章介绍了太阳能通风技术的原理、结构形式及其应用。
同时还在重庆大学城环实验楼楼顶进行了太阳能烟囱的通风实验。
实验结果表明，在2009年10月7日，太阳能烟囱获得的单位面积通风量为204m3/h。
说明利用太阳能烟囱进行自然通风，通风效果明显。
关键词：自然通风；太阳能烟囱；通风实验；建筑节能利用自然通风既可以改善室内空气品质，又可以节约设备和运行费用以及维修费用，创造了可持续发展的绿色生态建筑。
通风的动力能源尽量取自太阳能、风能、地热能等可再生能源。
其中利用太阳能强化自然通风技术是应用最广泛的，并已取得了一定的进展。
1、太阳能通风原理太阳能通风是利用烟囱效应来加强空气自然通风的。
热压效应也即为烟囱效应，是由于空气被加热升温后，密度减小而上浮的一种现象。
太阳辐射被太阳能烟囱的集热面吸收，通过对流换热的形式重新释放到夹层的空气中，使得夹层中的空气被加热升温并超过室外空气温度。
由于内外空气的密度差，在太阳能烟囱下部将会形成一个负压，上部将形成正压，空气将从空腔的下部流向上部，并通过排风口排出，而下部的进风口则不断的有空气吸入补充，形成太阳能通风的自然通风现象。
太阳能通风是基于自然通风原理，然而它在减少建筑能耗和保护环境上却是优于传统的自然通风和机械通风的。
太阳能的优势使得太阳能通风作为一项能够利用太阳能来强化自然通风的技术，在许多建筑场合都得到应用。
2、太阳能通风的结构形式太阳能通风主要的结构形式包括太阳能通风墙、太阳能烟囱、中庭通风、太阳能空气集热器等。
其中太阳能通风墙和太阳能烟囱的结构类似，两者的共同特点是由盖板、集热板以及空气流道共同组成的排风系统。
太阳能烟囱一般来说，有太阳能集热墙体和太阳能集热屋面两种结构形式。
目前，在西方国家中，太阳能烟囱已被应用于被动式太阳房，并成为太阳房的主要组成部分。
3、太阳能通风实验文章介绍的太阳能通风实验的实验平台搭建在重庆大学城市建设与环境工程学院实验楼的平屋顶上。
太阳能烟囱结合自然通风建筑开口的数值研究
太阳能烟囱结合自然通风建筑开口的数值研究聂鹏;周军莉;王乾坤;明廷臻;余东航;向倚天【期刊名称】《建筑节能》【年(卷),期】2016(000)008【摘要】自然通风是实施绿色建筑中常用的一项技术措施.随着节能减排的大力倡导,自然通风技术引起了人们的普遍关注.目前,人们已通过不同的措施与手段来最大程度地利用自然通风以满足舒适度要求,其中太阳能烟囱作为一种利用热压来强化自然通风的有效技术也被广泛采用.太阳能烟囱的通风效果除与烟囱尺寸及当地太阳辐射强度密切相关外,也与其自然通风建筑特性有关.采用FLUENT软件对太阳能烟囱结合不同建筑开口形式及不同开口尺寸的自然通风模型进行了三维稳态数值模拟.研究了在不同方案下,不同开口形式对通风量的影响,分析了通风量随进风口尺寸的变化情况.模拟结果表明,在相同热流密度情况下,单开口建筑下的太阳能烟囱诱导的通风量大于双开口建筑,且当进出风口面积比A1/A2=2.5～4时,竖直集热板屋顶式太阳能烟囱能诱导更多的空气.【总页数】4页(P32-35)【作者】聂鹏;周军莉;王乾坤;明廷臻;余东航;向倚天【作者单位】武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TU834【相关文献】1.太阳能烟囱自然通风的数值模拟 [J], 王晓冬;龙雪;万雄峰2.太阳能烟囱自然通风在建筑节能中的应用分析 [J], 李国栋3.太阳能烟囱在地下车库中强化自然通风的数值模拟 [J], 马瑞华;秦堃;刘黔蜀4.通风口高度对太阳能烟囱建筑自然通风和自然排烟性能的影响研究 [J], 戴鹏;程旭东;石龙;张瑞芳;周勇5.太阳能烟囱强化自然通风在建筑节能中的应用研究 [J], 王云山;王兰;杨晶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第24卷 第2期 西 安 工 业 学 院 学 报 V ol124 N o12 2004年6月 JOURNA L OF XIπAN I NSTIT UTE OF TECH NO LOGY June 2004文章编号: 100025714(2004)022*******太阳能烟囱增强热压自然通风的计算研究Ξ赵平歌(西安工业学院建筑工程系,西安710032)摘 要: 本文对太阳能烟囱自然通风模型进行了数值模拟研究.分析了太阳能烟囱在多种情况下,气流的温度场和速度场分布,从而得出通风量与烟囱高度、进风口面积、出风口面积、加热面之间的关系.研究表明,通过合理的设计,可以利用太阳能烟囱增强自然通风效果.关键词: 太阳能烟囱;自然通风;通风量中图号: T U834.35 文献标识码: A Numerical study of enhanced stack ventilation of solar energy chimneyZH AO Ping-ge(Department of Architectural Engineering,X i’an Institute of T echnology,X i’an710032,China)Abstract: The m odel of natural ventilation of s olar energy chimney is studied by simulation.The distribution of temperature and velocity fields of the air flow at different situation are analyzed.Based on the analysis,the relationship of flow rate with s ome parameters,such as the height,inlet section,outlet section and heated area of the chimney is established.The study shows that the natural ventilation can be improved by rational design of s olar energy chimney.K ey Words: s olar energy chimney;natural ventilation;flow rate引言近年来,随着能源消耗问题和环境问题的提出,利用自然通风改善室内环境越来越受到人们的重视.利用自然通风既可以满足房间一定的舒适性要求,又可以节约设备和运行费用以及维修费用,同时能够创造可持续发展的绿色建筑环境.因此,欧美很多国家以及我国的建筑工程师对其进行了广泛的研究.建筑通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口,在风压和热压作用下产生空气流动.而由室内外空气密度差引起的热压自然通风即所谓的“烟囱效应”.太阳能烟囱就是利用太阳热增大烟囱内外温差而增加浮力效应,以达到增强室内通风风量降低室温的目的.到目前为止,人们对太阳能烟囱进行了一定的研究,从理论上,实验方法上,以及模拟研究上都取得了一定的成果.但目前的研究多集中于如何提高太阳辐射热的吸收以及对流换热特性的研究,而对于烟囱本身的优化设计研究较少,能够用于工程设计的资料不多,因而有必要对此进行深入细致的研究.本文所研究的内容为太阳能烟囱内的空气流动,重点是针对太阳能烟囱在不同受热面和不同开口位置及开口度影响下产生的自然通风量进行对比研究,建立开口度、温差、受热面等因素与通风量之间的定性和定量关系,确定优化结构尺寸,从而对应用热压自然通风的优化设计提供依据.Ξ收稿日期:2003207201作者简介:赵平歌(1973-),女(汉族),西安工业学院讲师,主要从事建筑节能的研究.1 模型及求解方法图1 太阳能烟囱模型Fig.1 M odel of solar energy chimney1.1 物理模型图1表示本文所研究的分析模型,其特点为:模型尺寸:L (长)×B (宽)×H (高),其中L =0.5～5.0m ,B =0.1～0.5m ,H =2.0～5.0m ,B/H =0.05～0.25.侧面受到太阳照射,其表面温度T W 为30～70℃出风口面积与进风口面积比A r 为0.6～0.8.为使用稳态模型,出风口距离烟囱上顶面尺寸取0.1H ,使顶部形成较为稳定的气流根据受热侧面的位置及数量变化和出风口位置变化,可将其分为四种自然通风方式:(1) 单个侧面受太阳辐射热,出风口开在受热面一侧的自然通风方式;(2) 单个侧面受太阳辐射热,出风口开在非受热面一侧的自然通风方式;(3) 两相邻侧面受太阳辐射热,出风口开在受热面一侧的自然通风方式;(4) 两相邻侧面受太阳辐射热,出风口开在非受热面一侧的自然通风方式.则受热面和出风口位置的变化对应四种自然通风方式,对于每一种自然通风方式,依次研究受热面温度T W ,烟囱高度H ,长度L ,宽度B ,出风口与进风口面积之比A r 对通风量的影响,以便找到太阳能烟囱通风量的变化规律.1.2 数学模型采用基于时均化法则基础上的零方程模型进行求解.因为零方程基于N -S 方程,不需要求解偏微分方程,仅需要较小的计算机内存即可完成,并且具有较快的计算速度,实践表明,采用零方程模型可以实现大多数紊流流动的计算,并取得理想的结果.推导零方程模型控制方程时,应用的主要假设和简化有:(1)“烟囱”内的气流为低速流动,可视为不可压缩流体,并满足理想气体状态方程.(2)室内气体,属于牛顿流体,表面应力满足广义牛顿粘性应力公式为P ij =[-P +(μ′-23μ) ・ V ]δij +2μγij (1)式中:μ′为第二粘性系数;γij =12(5V i 5x j +5V j 5x i).(3)Boussingq 假设:①认为流体密度的变化对惯性力项、压力项、粘性力项的影响可忽略不计;仅考虑密度的变化对质量力的影响,即仅在计算浮升力时考虑流体密度的变化.②密度差与温度差成正比.根据以上简化和假设,可得紊流时均流动方程组:5V i x i=0(2)5ρV i 5t +5ρi V i V j 5x i =5P 5x i +55x j [μeff (5V i 5x j +5V j 5x i]+ρβ(T 0-T )g i (3)5ρT 5t +5ρV i T 5X j =55X j [τT ,eff 5T 5X j ]+q c p (4) 本文采用美国麻省理工学院的MITF LOW 程序,求解模型中三维温度场和速度场分布.计算中假定进风口温度及流速,并检验出风口空气流量,使其与进风口空气流量达到平衡为止,计算误差小于1%.数值计算中对大量的工况进行了模拟计算,以期找到太阳能烟囱增强自然通风的最佳工况.281 西 安 工 业 学 院 学 报 第24卷2 计算结果分析及讨论在烟囱效应下,空气被抽升并排出,其通风量可表示为:G =353T 0V 0A 0(5) 其中G 、T 0、V 0、A 0分别表示通风量(kg/s ),出风口排风温度(℃),出风口排风速度(m/s ),出风口面积(m 2).图2 通风量随高度变化Fig.2 Variation of flow rate with H 将数值模拟结果整理并代入上式,可得太阳能烟囱通风量G 与烟囱高度H 、烟囱宽高比B/H 、出风口与进风口面积比A r 及烟囱表面温度T W 的关系,如图2～5所示.图2为不同形式的烟囱通风量随烟囱高度的变化,图中显示变化分为两个过程:高度较小时,通风量随烟囱高度H 增加而增大,而当高度增加到一定值时,通风量有所下降.这是因为当烟囱宽度确定时,随着烟囱高度的增加,引起空气流动的热压随之升高,增加烟囱高度对换热的影响主要表现在改变了过渡区特别是正在发展区的换热量.而当烟囱高度增加到一定值时,烟囱内的有限空间换热达到充分发展区,此时,再增加高度对换热影响不大,因此通风量有所下降.图3 通风量随B/H 变化Fig.3 Variation of flow rate with B/H 图3为改变烟囱宽高比时,通风量的变化规律.从图中可以看出,通风量随B/H 的变化呈现先增后减的趋势,达到一定宽高比后,通风量几乎不再随宽高比变化.此时烟囱内的换热情况接近于自由空间.当宽高比B/H 约为1/10时通风量达到最大值.Bouchair 和S.S pencer 等都曾对太阳能烟囱自然通风做了实验研究,S.S pencer 的实验结果认为,太阳能烟囱自然通风确实存在着一个最佳值,且最佳宽度尺寸与烟囱高度,进、出风口的尺寸等有关,Bouchair 的实验则表明当宽高比约在1/10时,通风量达到最大值,当超过优化尺寸宽度以后,由于烟囱出口中心处有回流使得通风量减小[1].图4为出风口面积与进风口面积比A r 变化时,通图4 通风量随A r 变化Fig.4 Variation of flow rate with A r风量的变化规律.从中可以看出,当出风口面积与进风口面积比增加时,通风量随之增加.当出风口面积增加时,上浮的空气能及时排出,有利于通风,则通风量随之增加.从图5可以看出,不同烟囱形式通风量随着加热面温度变化分为两种情况:当出风口开在加热面上时,通风量随加热面温度的增加有较大增加,出风口开在非加热面时,通风量随加热面温度的升高增加不大.另外,从图中还可以看出,当加热面温度增加到一定值以后,加热面温度对通风量变化的影响逐渐减小;此时,随着温差增大,自然对流的抽吸驱动力增大,使得抽吸流率要增大.但是温差增大的同时,一方面使气体的381 第2期 赵平歌:太阳能烟囱增强热压自然通风的计算研究 粘性阻力增大,另一方面气体密度减小,体积膨胀,引起附加的热阻力,使得通风量随温差的变化减小.图5 通风量随T W 的变化关系Fig.5 Variation of flow rate with T W 3 结论计算的所有工况中,通风量范围为0.0293kg/s ～0.182kg/s ,可以看出,烟囱内空气流速较小,通风量也较小,可以考虑适当采用风机或在烟囱下部设集热板以加大通风效果.由理论分析和数值模拟可知,烟囱通风量大小与烟囱的高度,宽度,进排风口面积及太阳辐射热等因素有关.且通风量达到最大值时,烟囱的宽高比约取1/10.通风量随着烟囱高度的增加而增加,但由于烟囱断面的大小对有限空间内对流换热影响很大,当烟囱内出现换热充分发展区后,再增加烟囱高度对换热影响不大,从经济角度看,烟囱高度可以依据B/H 的最佳值由烟囱断面宽度来确定.数值模拟结果表明太阳能烟囱能够增强热压自然通风,而在建筑设计中,如果能将太阳能烟囱与其他建筑构件如风塔、天井、楼梯间等结合起来(将太阳能烟囱建在建筑构件的顶部或一侧),构成一整体系统,实现有效的自然通风.参考文献:[1] S pencer S ,Chen Z D ,Li Y,et al.Experimental investigation of a s olar chimney natural ventilation system[G].Air Distribution inR ooms ,2000,E lsevier Science Ltd.[2] Hamdy L F ,Fikky M A.Passive s olar ventilation[J ].Renewable Energy ,1998,1-4(14):381[3] Bansal N K,Mathur R ,Bhandari M S.S olar chimney for enhanced stack ventilation[J ].Building and Environment ,1993,3(28):373(责任编辑、校对 杜亚勤)481 西 安 工 业 学 院 学 报 第24卷。