PDF《基于光伏光热的地下空间太阳能烟囱效应影响因素研究》

1 风井物理模型 1.1 系统描述 如图

1 所示为本文提出的太阳能烟囱效应与 PV/T 技 术相结合的通风系统,该系统主要由光伏光热(PV/T) ・农业生物环境与能源工程・ 农业工程学报(http://www.tcsae.org)

2017 年142 集热器、循环水泵、换热器、风井、地下空间和蓄电设 备组成.其工作原理为:在晴朗白天,PV/T 集热器发电 可供地下空间用电设备使用,运行时产生的多余热量通 过水带走,被加热的水送至风井底部的换热器,风井底 部空气被换热器加热密度减小,风井内空气因密度差产 生向上浮升力,从而形成烟囱效应,烟囱效应使得空气 沿着风井上升,此时风井底部空气由地下空间的冷空气 填充并被持续加热,风井内将形成稳定的上升气流,可 实现地下空间的通风作用.该系统相对独立,利用太阳 能产生的电能和热量可维持自身系统的运行,不需要消 耗外界其他能源.对于偏远地区的隧道等地下空间,建 设和维护电网的成本都比较高,这些地区使用该系统供 电和通风是经济的选择,而且充分利用了太阳能,节约 资源. 图1太阳能烟囱效应与 PV/T 技术相结合的通风系统 Fig.1 Ventilation system combining solar chimney effect and PV/T 1.2 风井物理模型的简化 图2a 所示为风井二维物理模型,图中风井纵向高度 为H,横截面为长 L、宽W的矩形,L=W=1 m,风井内 的换热器为顺排管束,如图 2b,换热器第

1 排管距离风 井底部 h′=2 m,管外径 d=0.02 m,横向和纵向管间距分 别为 s1 和s2,s1=s2. 风井内的传热是涉及导热、对流传热和辐射传热共 同作用的混合动态传热过程,为了简化问题,现作以下 假设: 1)风井内形成稳定的一维空气流;

2)风井内壁面绝热;

3)忽略风井内辐射传热;

4)忽略空气在风井内流动的沿程阻力;

5)忽略风井外部环境的风压作用;

6)忽略换热器水管的热阻;

7) 忽略地下空间内部阻力, 认为其与室外大气相通;

8)通过换热器加热后的空气密度保持不变. 注:ρa

0、ρa

1、ρa2 分别为断面 0-

0、Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ处空气密度,kg・m-3 ;

va1 和va2 分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处空气平均流速,m・s-1 ;

ta1 和ta2 为风井入口和 出口空气温度,℃;

H 为风井纵向高度,m;

W 为风井截面宽度,m;

h'

为 换热器第

1 排管到风井底部的距离,m;

s1 和s2 分别为横向和纵向管间距, m;

d 为换热管外径,m;

n 为管排数. Note: ρa0, ρa1 and ρa2 are air densities in section 0-0,Ⅰ-Ⅰand Ⅱ-Ⅱrespectively, kg・m-3 ;

va1 and va2 are mean air velocities in sectionⅠ-ⅠandⅡ-Ⅱrespectively, m・s-1 ;

ta1 and ta2 are inlet air temperature and outlet air temperature of ventilation shaft,℃;

H is ventilation shaft height, m;

W is sectional width of ventilation shaft, m;

h'

is the distance from the bottom of the ventilation shaft to the first pipes of heat exchanger, m;

s1 and s2 are horizontal and vertical tube spacing respectively, m;

d is external diam........