西部地区分散式太阳能采暖通风基础问题研究

In the western high cold region of the China, the conventional energy is shortage, the economy is underdeveloped, the temperature difference is large in a day, and the building energy consumption is huge, but the solar radiation is abundant in this region. It has great social significance and economic value for the improvement of buildings' energy conservation and thermal environment and protection of the fragile ecological environment in the west by using its abundant solar energy resources efficiently and comprehensively. Based on the abundant solar radiation resources and climate characteristics in the western region, this project uses the cutting-edge DNS and LES numerical simulation techniques, scaling analysis, energy balance and energy consumption analysis methods, and experimental facilities to carry out an in-depth investigation for efficient and comprehensive utilization of distributed solar energy in buildings involves solar thermal conversion and collection, storage and utilization of the basic science. More specifically, the project will carry out an systematic and in-depth research for the three-dimensional instantaneous flow behavior of the fluid in the building and the mechanism of its complex heat transfer, charge/discharge characteristics of solar energy storage system and the new PCMs, the high efficient solar collectors components and the optimization of working mode matching the climate of the western region and building characteristics, as well as the integration analysis and comprehensive optimization of solar energy collection, conversion and storage issues. The outcomes of this project will provide the scientific basis and theoretical basis for the comprehensive application of distributed solar energy in the high cold region of western China

西部高寒地区常规能源短缺、经济欠发达，温差大，建筑物能耗巨大，但太阳辐射资源丰富。高效综合利用其丰富的太阳能资源对于建筑物的节能和热环境的改善及保护西部脆弱的生态环境具有十分重要的社会意义和经济价值。本项目针对西部地区丰富的太阳能辐射资源和气候特征，利用目前处于研究前沿的直接数值模拟和湍流大涡模拟以及标度分析、能量平衡和能耗分析，并配合实验对分散式太阳能在建筑物上的高效综合利用所涉及的太阳能光热转换收集、储存和利用的基础科学问题，具体为在太阳能驱动的热浮力作用下建筑物内流体的三维瞬时流动行为和其复合传热传质机理，太阳能储能系统的储/放特性及新型储能材料，与西部地区气候和建筑特征和用能匹配良好的高效太阳能集热器部件和其优化的工作模式，以及太阳能集热、转换与储存用能模式的集成分析和综合优化等问题上进行系统而深入的研究，为我国西部高寒地区分散式太阳能的综合应用提供科学依据和理论基础。

项目针对中国西部地区丰富的太阳能辐射资源和气候特征，在昆明地区搭建了一套太阳能采暖综合实验平台为研究原型，结合了太阳能空气集热器结合储热、太阳能热水器、热泵热水器、太阳能光伏、直接收益式太阳采暖窗等综合供能形式，实验房内利用低温地板辐射采暖、散热器采暖等形式作为理论分析与实验研究的原型，利用数值模拟以及标度分析、能量平衡分析、多工况实地测试和粒子图像测速技术（PIV）、二维激光诱导荧光技术（LIF）等研究方法，全面深入研究了太阳能驱动的热浮力作用下建筑物内包含有太阳辐射、热辐射、自然对流、强制对流、导热等多种耦合传热传质过程中流体的非稳态三维流动动力学行为和其复合传热传质机理，揭示湍流和热浮力的相互作用，以及湍流在浮力流动中的独特形成机制并以多个参数和不同运行工况对分散式太阳能在建筑物上的高效综合利用所涉及的太阳能光热转换收集、储存和利用的科学问题进行了研究。项目主要研究了：（1）定性定量分析了房间内不同送风参数下的送风强度、热源强度和污染强度对室内空气品质及通风效率的影响机理和规律；（2）不同送风模式、不同送风参数对小空间内流场气流组织特性、环境热舒适性和空气品质的影响；（3）太阳能热利用中的浮力射流在均匀和分层环境流体中的输移机理和卷吸掺混特性，对不同运行模式下太阳能储热水箱内的热分层状态及掺混特征进行了分析与对比，并对入水口提出优化建议，还对方形储热水箱内掺混特性及影响因素进行了分析；（4）针对所搭建的多功能太阳房，在冬季各种天气条件下，研究太阳能空气集热器结合储热采暖特性，对地板辐射采暖和散热器采暖的不同形式下在不同采暖温度下的运行特性进行测试、模拟分析与优化；对不同的供热与采暖模式下的不同天气条件下的能量平衡进行了测试和分析；还对利用光伏制冷系统在昆明地区夏季房间内的通风降温特性进行了测试、模拟与优化分析。.项目的研究方法及结果为我国西部太阳能资源丰富地区分散式太阳能的综合应用提供科学依据和工程设计参考。