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太阳能强化自然通风理论分析及其在生态建筑中的应用工程热物理学报翟晓强王如竹1言2ANAISIS唐鳷我国建筑物单位能耗甚高,多层住宅单位能耗为气候条件相近的发达国家的倍,以空调能耗为例,空调住宅能耗约为一般住宅能耗的倍【。因此,必须重视建筑节能,同时,最大程度地开发利用自然能源,降低不可再生能源的消耗,在建筑业中推广贯彻符合可持续发展战略的生态化“绿色”建筑理念。利用太阳能强化自然通风,不仅可以改善室内热环境,而且可以避免由空调所引发的各种“空调病”。导致自然通风的动力是由密度差引起的热压和风力所造成的风压。一般来讲,风压是一个不稳定的因素,它随着室外风速和风向的变化具有很大的波动;而热压相对来说却是一个较稳定的因素,本文的目的正是通过利用合理的结构;使太阳能成为强化自然通风的动力。目前,主要的结构形式包括:太阳能烟囱、墙以及太阳能空气集热器,本文将这三种结构与生态建筑结合,提出三种复合能量系统。从理论上讲,三种结构的太阳能强化自然通风机理是相同的,下面将以太阳能烟囱为例来推导其1一部分,其上部为玻璃,下部为吸热板,中间为空气流道。太阳能烟囱的倾角为≯,空气流道的平均截面积为,长度矶葁,太阳能烟囱截面高度AAinombeXiaoQiang曲甀25420047(上海摘要生态建筑作为建筑节能的一个全新设计理念,旨在最大限度地利用风能、太阳能等自然能源,削减不可再生能文以太阳能烟囱为例对太阳能强化自然通风的原理进行了理论分析与模拟计算。同时,介绍了较为典型的三种太阳能强化自然通风的复合能量系统。关键词太阳能;自然通风;理论分析;生态建筑中图分类号:A文章编号:—一一RuZhu(nstjtute,,,,:—一;修订日期:。—(No03Dzl2012)作者简介:翟晓强,男,山西原平人,博士研究生,主要从事太阳能热利用及生态建筑技术的研究。甆Jul2004,brannew琣energysolar瑃outIn
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1!!!!!茏!!R巧搿驰№萚吼++A瓦:竺豪祭级ㄉ眯警差卜一刎】Qcpz=hz(),一盖【卜一VF7丁,磺蓀吮阂凰吮为吸热板与外部环境之间的总传热系^[3太阳能烟囱诱导的空气质量流量根据太阳能烟囱进出口断面的能量方程:热压[2|!ⅲ卢酪徽其中,V柿苛髁浚为重力加速度;已、如分别为太阳能烟囱入口和出口的局部阻力系数;沿程阻力系数;成、肪分别为太阳能烟囱进出口空气的密度;如为太阳能烟囱流道中空气的平均密度;卢为出口温度对应的气体膨胀系数;乃、乃分d直径。分别为出口面积与入口面积之比、空气流道平均面积与入口面积之比。吸热板热平衡方程[3]a的透射系数;%为吸热板温度;咒为外部环境的空气温度;危,为吸热板与流道中空气之间的对流换热系数;p空气热平衡方程zz边界条件:c度;霉为室内空气温度。解方程得:(z)=()exp(zz)其中空气流经太阳能烟囱的进出口温差为:△徽獴一一空气流经太阳能烟囱的平均温度为:由方程得吸热板温度:令太阳能悯鄁诿导的宰气后■济■=45St=Sp=la=095=0841510AO056囱在四种不同工况下,吸热板温度,烟囱中空气平均温度以及自然通风量的变化规律进行总结分析。图硎镜墓た鑫狶瑆乃煌表示的工况