火炕及農村建築集成採暖系統熱工性能及傳熱模型研究

《火炕及農村建築集成採暖系統熱工性能及傳熱模型研究》是依託大連理工大學,由端木琳擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：火炕及農村建築集成採暖系統熱工性能及傳熱模型研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：端木琳

項目摘要

火炕在中國有著悠久的歷史，是北方農村必不可少的採暖設施。將其發揚光大，對農村建築節能、改善室內環境和生物質燃料的利用具有重要的意義。但迄今為止，火炕主要依照民間的經驗來搭建，極少進行過深入的理論研究，因此，阻礙了火炕的創新與推廣套用。此外，火炕只能加熱其所在房間、不能顧及整幢建築熱環境的弊端，也難以滿足農村生活水平日益提高的需要。本項目從流體力學和傳熱學基本理論出發，探索火炕傳熱與蓄熱的本質，建立火炕蓄熱和放熱模型，通過深入的實驗研究和數值分析，探討火炕結構、材料、燃燒速率等因素對火炕蓄放熱和房間環境溫度的影響，剖析火炕熱量傳遞的方式和比例；並進一步結合農村建築的熱負荷特性，構建基於生物質燃料的火炕-火牆-土暖氣集成採暖系統，研究系統中各個部分的熱流特性和運行調節特性，提高火炕的蓄熱性能、集成採暖系統的調節性能以及房間的即熱性能。研究成果有望為火炕採暖方式的新突破打下理論基礎。

結題摘要

作為傳統的供暖措施，火炕已在北方農村被廣泛使用。然而目前火炕的深入理論研究較少，妨礙了火炕的創新和推廣；而且在單獨使用火炕的條件下，室內熱環境差，不能滿足人們的熱舒適要求。因此，亟需研究相應的集成採暖系統來滿足農村建築的供暖需求。本項目在對生物質燃料放熱模型研究的基礎上，以集總參數法建立了傳統火炕的傳熱模型，並開發了計算軟體。建立了炕面溫度不均勻的火炕傳熱模型，並考慮了煙道內高溫煙氣的輻射及土灰層的蓄熱作用，從而對火炕內部的傳熱過程和熱量分配有了深入的理解，並利用該模型最佳化了火炕結構。建立了火牆式火炕在三種運行工況下的傳熱模型，進行了實驗驗證並最佳化了火牆式火炕結構。分別構建了柴灶和火炕內置換熱器模型，並在上述計算軟體中增加了這兩個模組。為了改善整棟建築的室內熱環境，提出了柴灶-火炕-熱水的集成採暖系統。搭建了火炕-火牆-熱水、火炕-熱水以及柴灶-火炕-熱水的集成採暖系統的實驗平台，實驗結果表明集成採暖系統可有效提高室內熱環境。建立了集成採暖系統傳熱模型，分析結果表明，該系統可有效提高能源利用效率。