燃池供暖系統(tǒng)熱源特征及熱輸配過(guò)程.pdf

1、千百年來(lái)，我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)采用傳統(tǒng)供暖方式，如火炕、火墻、燃池等形式渡過(guò)漫長(zhǎng)寒冷的冬季，這些方式與百姓的生活息息相關(guān)，熱源采用的生物質(zhì)燃料均來(lái)自于農(nóng)作物廢棄物，形成了一種資源循環(huán)利用的生活模式。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，這些傳統(tǒng)供暖方式熱能利用效率低、采暖效果差、室內(nèi)污染嚴(yán)重、熱舒適性達(dá)不到要求。這些問(wèn)題產(chǎn)生的根源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活方式的變化等密切相關(guān)。為解決上述問(wèn)題，本研究通過(guò)多年深入農(nóng)村地區(qū)實(shí)地調(diào)查與測(cè)試研究，同時(shí)與多位長(zhǎng)年致力于農(nóng)

2、村能源領(lǐng)域的民間能工巧匠進(jìn)行合作，形成了在憑借經(jīng)驗(yàn)解決農(nóng)民關(guān)注問(wèn)題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、對(duì)供暖技術(shù)改進(jìn)提升、理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合研究、設(shè)計(jì)計(jì)算方法指導(dǎo)實(shí)踐的研究思路。
　　首先，通過(guò)與民間能工巧匠合作，針對(duì)傳統(tǒng)供暖方式基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)提升及灶炕系統(tǒng)的改進(jìn)措施進(jìn)行了論證分析，同時(shí)對(duì)遼寧省沈陽(yáng)、大連、阜新農(nóng)村地區(qū)十余戶分別應(yīng)用不同形式火炕、土暖氣、燃池供暖農(nóng)宅的室內(nèi)熱濕環(huán)境、空氣品質(zhì)、農(nóng)宅建造模式等進(jìn)行了實(shí)測(cè)調(diào)查;分析得到應(yīng)用改進(jìn)后的

3、系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)采暖能夠有效改善室內(nèi)空氣品質(zhì)及傳熱均勻性;當(dāng)室外平均溫度為-15℃時(shí)，利用燃池供暖能夠使室內(nèi)平均溫度達(dá)到18℃，晝夜溫差較火炕單獨(dú)供暖房間降低4℃，有效改善室內(nèi)熱環(huán)境，并可實(shí)現(xiàn)一次填料持續(xù)向室內(nèi)供暖的目的，廣受農(nóng)民青睞;但同時(shí)，燃池散熱量集中，地面局部溫度高達(dá)40℃，過(guò)余熱量損失嚴(yán)重等技術(shù)問(wèn)題限制了燃池的推廣應(yīng)用，亟待解決。
　　其次，以既有燃池供暖農(nóng)宅為主要測(cè)試對(duì)象，對(duì)傳統(tǒng)燃池供暖系統(tǒng)的熱源特征及傳熱過(guò)程進(jìn)行深入探討與

4、分析，是對(duì)燃池進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)傳熱途徑的重要基礎(chǔ)。本文利用耐高溫?zé)犭娕级帱c(diǎn)巡回監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)宅中實(shí)際運(yùn)行的燃池內(nèi)部陰燃過(guò)程及其向室內(nèi)傳熱的過(guò)程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得到點(diǎn)火位置、燃池構(gòu)造形式、燃料燃燒狀態(tài)等對(duì)地板輻射換熱量的影響程度。通過(guò)建立燃池供暖系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，推導(dǎo)出燃池供暖房間地板表面溫度隨熱源輻射強(qiáng)度及地板材料物性變化的解析式。通過(guò)對(duì)解析解的討論得到，在燃池內(nèi)部熱源輻射強(qiáng)度一定的情況下，燃池地板構(gòu)造層熱阻每增加0.5(m2·K)

5、/W，燃池地板向室內(nèi)的散熱量將降低為原來(lái)的0.67倍。
　　第三，為提高工匠基于經(jīng)驗(yàn)建造的燃池?zé)崮芾眯?、改進(jìn)燃池的傳統(tǒng)散熱路徑，基于燃池傳熱特性及熱能利用潛力，分別提出了利用水、空氣作為熱傳輸介質(zhì)的新型集成供暖系統(tǒng)。通過(guò)理論分析表明兩種模式均可高效傳遞熱量，并解決燃池供暖地面溫度過(guò)高的問(wèn)題。針對(duì)燃池—熱水聯(lián)合供暖系統(tǒng)，利用熱平衡分析法對(duì)熱輸配過(guò)程進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，得到水管內(nèi)水溫隨燃料層輻射強(qiáng)度變化的關(guān)聯(lián)式;針對(duì)架空地板型燃池輻射

6、供暖系統(tǒng)，建立了描述空氣傳熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，模擬計(jì)算得到架空層內(nèi)部對(duì)流與輻射耦合傳熱的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，為構(gòu)建供暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供可選擇設(shè)計(jì)參數(shù)及理論依據(jù)。
　　第四，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果分別建造了燃池—熱水聯(lián)合供暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及架空地板型燃池輻射供暖示范農(nóng)宅。一方面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到燃池—熱水聯(lián)合供暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)燃池蓋板得熱量與熱水系統(tǒng)得熱量之間的線性相關(guān)系數(shù)為0.29。同時(shí)定量分析得到不同管徑、管間距、水流速度對(duì)聯(lián)合供暖系統(tǒng)熱量分配比例

7、的影響程度;另一方面，得到架空地板型燃池輻射供暖系統(tǒng)的熱量傳遞變化規(guī)律，以及地板架空層內(nèi)部熱空氣浮升力、溫降速率、強(qiáng)化傳熱方式、地板蓄放熱特性等因素對(duì)系統(tǒng)熱量輸配過(guò)程的影響權(quán)重，證明兩個(gè)系統(tǒng)的綜合熱效率分別達(dá)到39.3％和56.7％。
　　最后，基于對(duì)傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)改進(jìn)模式的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，綜合考慮住宅節(jié)能設(shè)計(jì)，確定了不同氣候條件下炕采暖農(nóng)宅的年耗熱量，研究得出了燃池供暖面積與房間或農(nóng)宅采暖面積間的比例關(guān)系以及兩種改進(jìn)模式供暖系