太阳能烟囱自然通风效果实验与设计方法研究

利用自然通风既可以满足人体一定的舒适性要求,又可以节约设备和运行费用以及维修费用,是创造可持续发展的绿色建筑环境的必然元素。利用自然通风改善室内环境越来越受到人们的重视。建筑通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口,在风压和热压作用下产生空气流动。而由室内外空气密度差引起的热压自然通风即通常所说的“烟囱效应”。太阳能烟囱就是利用吸收太阳辐射热增大烟囱内外温差而增加浮力效应,以达到增加室内通风风量降低室温的目的。到目前为止,人们对太阳能烟囱进行了一定的研究,从理论上,实验方法上,以及模拟研究上都取得了一定的成果。但目前的研究多集中于如何提高太阳辐射热的吸收以及对流换热特性的研究,而对于烟囱本身的优化设计研究较少,能够用于工程设计的资料不多,因而有必要对此进行深入细致的研究。 本文是在理论分析的基础上,对高度为2000mm,长度为1000mm的竖直集热板屋顶式太阳能烟囱进行实验研究。在热流密度改变（q=200w/m2、q=300w/m2、q=400w/m2、）和空气通道宽度改变（W-1200、W-1000mm、W=700mm、W=400mm）的情况下,实验研究其内部空气温度场、速度场的变化情况,以及由此引起的通风量的改变情况。结果表明,在两个壁面受热的情况下,在所研究的范围内,烟囱内的通风量随着空气通道宽度的增大而增加,没有发现存在最大通风量的最佳空气宽度和高度的比值。且太阳能烟囱的通风量随着太阳辐射强度的增加而增大。气流速度随着太阳辐射的增强而增大,随着烟囱宽度的增大在同样热流密度情况下有所减小。烟囱内部空气温度随着烟囱高度的增加和太阳辐射强度的增加而升高。在热壁的近壁面处,烟囱中部温度达到最大值,速度和温度都较大,且在烟囱热壁近壁处形成温度边界层和速度边界层。在与两面热壁相对的两面冷壁的近壁处,空气又从主流温度急剧增大到壁温,速度也有明显增大的趋势,形成了二次温度边界层和速度边界层;这一现象归因于热壁对冷壁的热辐射作用。