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太阳墙因其良好的新风系统、较高的集热效率、环境友好性高而受到人们广泛的研究和关注。本文首先对我国北方采暖区应用太阳墙的可行性进行了技术可行性和经济可行性两方面的研究,然后设计了一个太阳墙实验模型,并搭建实验台,进行室内静态实验研究,分析了太阳墙的运行特性并计算其集热效率,并在实验的基础上,建立计算模型,利用FLUENT对空气通过太阳墙板的流动传热特性进行分析,为改进太阳墙结构进一步提高集热效率和太阳墙在我国北方采暖区的推广应用提供参考依据。主要研究成果如下:
1.从技术和经济性两方面分析了太阳墙在我国北方采暖区应用的可行性,结果表明:太阳墙应用于我国北方采暖区在技术上是完全可行的;对于一块墙板面积为24m2、吸收率为0.95的太阳墙来说,其年供热量可达2.2MWh～5.7MWh,年温室气体减排量是2.3～5.6 CO2吨/年;由于区域差别,部分地区如太原、呼和浩特、银川、西宁等地安装太阳墙的经济效益较为可观,也有地区如西安等地的经济效益较差,经济性不好。
2.在稳定状态下,太阳墙板壁面平均温度,随太阳墙进出风口处压差的增加而减小。在本实验条件下,压差为21.582Pa时稳定状态的太阳墙板壁面平均温度在64℃左右,而压差是25.506Pa时太阳墙板稳定状态时的平均温度约为58℃,压差为32.373Pa时平均温度在53℃左右。
3.在稳定状态下,太阳墙板出风口处温度随太阳墙进出风口处压差的增加而减小。在本实验条件下,压差分别为21.582Pa、25.506Pa、32.373Pa时,出风口处稳定状态时的空气温度约为36℃、33.5℃和31℃。
4.实验结果显示,木实验中所用的太阳墙的集热效率在53％左右,其中压差分别为21.582Pa、25.506Pa、32.373Pa时,太阳墙的集热效率为52.8%、53.1%和53.7%,即集热效率随着太阳墙进出风口处压差的增加而增大。
5.建立了太阳墙三维几何模型,运用FLUENT模拟计算分析了空气流过太阳墙的流动传热特性,通过分析发现太阳墙板上开孔缝,会使空气通过孔缝后在出口附近形成漩涡,加速了空气的挠动,强化了此区域内空气与太阳墙板之间的换热,使其温度高于其他区域的温度。