(农村住宅不同采暖方式的对比分析.docVIP

农村住宅不同采暖方式的对比分析* 沈阳建筑大学冯国会随着经济的发展，人民生活水平的提高，我国采暖范围日益扩大，特别是农村地区，由于农村建筑围护结构的能耗增加，致使采暖能耗迅速增加。由于人们对室内环境的舒适度要求越来越高，相应的建筑能耗（空调、采暖能耗）也随之增高，造成能源消耗过快，环境污染加剧。因此在十一五期间，要实现全国节能的目标，首先要解决农村的采暖能耗问题。我国农村的主要采暖设备包括：各种形式的土暖气、火墙、火炕等。虽然火墙、火炕、土暖气的采暖方式存在污染环境的问题，但是在采暖季仍然能够满足人们对室内舒适度的要求。目前火墙这种农村住宅中最重要、最有效的供暖设施，逐渐被一些农民盲目地用土暖气来代替,造成空气污染明显加重,采暖支出大增。 本文以数值传热学理论为基础，应用计算流体力学软件模拟两种采暖方式对室内温度场的影响，并进行室内温度波动情况的对比分析。得到两种工况下的室内温度分布情况，为研究火炕和火墙联合供暖的优越性提供了数值模拟依据。 1.1 数学模型 以北炕建筑中西侧的房间为研究对象，见图1给出了两种工况下的建筑平面图，基本条件相同：房间的建筑面积为3.0×5.0㎡；层高为2.8m；在南墙上有一扇双层木窗，其尺寸为1.5×1.2㎡；北墙、南墙、西墙为外墙，东墙为内墙；火炕靠北侧，其尺寸为2.5m×2.0m×0.7m。工况一：火炕和火墙联合采暖方式；火墙位于东墙的内墙侧，尺寸为2.0m×0.24m×2.0m。工况二：火炕和土暖气的联合采暖方式；散热器位于南侧双层木窗下明装，采用四柱型散热器，长1.2m。 利用有限容积法将所计算的区域划分成一系列控制容积，每个控制容积都有一个节点作代表，通过守恒控制方程对控制容积做积分导出离散方程，给出离散方程的物理系数，进行计算。采用SIMPLEC算法和交错网格技术来实现压力和速度的解耦，以避免不合理压力及温度场的出现 （1） —辐射系数 流体侧的换热方程为： （2） 1.3 设定边界条件 在不开启门窗的条件下，设该模拟房间的边界温度值为：东墙内表面290K，西墙内表面284K，南墙内表面290K，北墙内表面283K，顶棚内表面287K，地面285K。工况一：火炕的表面温度为303K，火墙的表面温度为310K。主要是辐射换热。工况二：火炕的表面温度为303K，散热器的表面温度为328K。由辐射换热和对流换热组成。并且给出辐射换热系数和对流换热系数。对这两种采暖方式在采暖时刻分别采取三维稳态温度场模拟，获得有效采暖方式的数值根据。计划在两个房间内，分别取x=0.5m、y=1.5m、z=1.4m处的平面为讨论对象。如图2所示，得到不同工况下，同一平面内不同高度的温度值，分别统计温度值的变化，并绘制不同工况下同一平面内的温度场曲线。根据温度场分布的情况，分析采暖房间内的温度波动情况，并进行对比分析。 经Fluent计算流体力学软件模拟，得到结果如图： 图3 x=0.5m处的温度x=0.5m处，即与北墙相距0.5m且平行于北墙的平面（如图2）。由图3可以看出，同一平面内沿高度方向工况一内温度场分布较平缓，温度在289K到291K之间，温差仅为2℃。而工况二的垂直平面内温度场分布差异较大，在靠近西墙，地面以上垂直区域温度仅为286k，温差达到℃，是工况一的倍。工况一中，所取平面火炕和火墙联合供暖的纵平面，而工况二中仅是火炕供暖的纵平面因此，在供热的时候，工况一有两个辐射换热面，共同维持室内温度的恒定，温度波动较小 图4 y=1.5m处的温度 y=1.5m处，即与西墙相距1.5m且平行于西墙的平面（如图2），两个工况下，所取平面均为室内某一竖直平面。由图4可以看出，工况一中，沿垂直方向温度场，温度在29K到29K之间，温差仅为1℃。而在工况二中的同一位置，温差波动较大，为℃，且温度分布不均，靠近散热器的位置，温度较高为K，而靠近北墙侧的室内温度较低为28K。虽然在工况二中有散热器与室内空气进行对流换热，但是并没有达到理想的效果，反而增加了温差，增大了温度波动。 图5 z=1.4m处的温度z=1.4m处，即为高出地面1.4m的水平（如图2）。由图5可以看出，在人们活动的中心区域，工况一的温差波动较小，仅为2℃。而工况二中的水平位置，温差大小与图4一样，也为℃。在工况二的条件下，靠近西墙侧，温度极低，仅为28K。由于散热器散发的热量不能与的冷空气进行热量交换，致使温度不能均匀分布。因此，采用火炕和暖气采暖方式[1] 北京土木建筑学会主编. 新农村建设建筑节能技术[M]. 北京：中国电力出版社，2008 [2] 杨旭东,单明,李涛等. 新农村房屋节能技