燃池供暖系統(tǒng)熱源特征及熱輸配過程.pdf

1、千百年來，我國北方農(nóng)村地區(qū)采用傳統(tǒng)供暖方式，如火炕、火墻、燃池等形式渡過漫長寒冷的冬季，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。但在實際應(yīng)用過程中發(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)污染嚴重、熱舒適性達不到要求。這些問題產(chǎn)生的根源與社會經(jīng)濟發(fā)展、生活方式的變化等密切相關(guān)。為解決上述問題，本研究通過多年深入農(nóng)村地區(qū)實地調(diào)查與測試研究，同時與多位長年致力于農(nóng)

2、村能源領(lǐng)域的民間能工巧匠進行合作，形成了在憑借經(jīng)驗解決農(nóng)民關(guān)注問題的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)現(xiàn)問題、對供暖技術(shù)改進提升、理論與實驗結(jié)合研究、設(shè)計計算方法指導實踐的研究思路。
　　首先，通過與民間能工巧匠合作，針對傳統(tǒng)供暖方式基于實踐經(jīng)驗的技術(shù)提升及灶炕系統(tǒng)的改進措施進行了論證分析，同時對遼寧省沈陽、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)宅建造模式等進行了實測調(diào)查;分析得到應(yīng)用改進后的

3、系統(tǒng)對室內(nèi)采暖能夠有效改善室內(nèi)空氣品質(zhì)及傳熱均勻性;當室外平均溫度為-15℃時，利用燃池供暖能夠使室內(nèi)平均溫度達到18℃，晝夜溫差較火炕單獨供暖房間降低4℃，有效改善室內(nèi)熱環(huán)境，并可實現(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，燃池散熱量集中，地面局部溫度高達40℃，過余熱量損失嚴重等技術(shù)問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)宅為主要測試對象，對傳統(tǒng)燃池供暖系統(tǒng)的熱源特征及傳熱過程進行深入探討與

4、分析，是對燃池進行優(yōu)化設(shè)計和改進傳熱途徑的重要基礎(chǔ)。本文利用耐高溫熱電偶多點巡回監(jiān)測系統(tǒng)對農(nóng)宅中實際運行的燃池內(nèi)部陰燃過程及其向室內(nèi)傳熱的過程進行了現(xiàn)場實測，得到點火位置、燃池構(gòu)造形式、燃料燃燒狀態(tài)等對地板輻射換熱量的影響程度。通過建立燃池供暖系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，推導出燃池供暖房間地板表面溫度隨熱源輻射強度及地板材料物性變化的解析式。通過對解析解的討論得到，在燃池內(nèi)部熱源輻射強度一定的情況下，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的0.67倍。
　　第三，為提高工匠基于經(jīng)驗建造的燃池熱能利用效率、改進燃池的傳統(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高的問題。針對燃池—熱水聯(lián)合供暖系統(tǒng)，利用熱平衡分析法對熱輸配過程進行了預測分析，得到水管內(nèi)水溫隨燃料層輻射強度變化的關(guān)聯(lián)式;針對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程的數(shù)學模型，模擬計算得到架空層內(nèi)部對流與輻射耦合傳熱的動態(tài)變化過程，為構(gòu)建供暖系統(tǒng)實驗平臺提供可選擇設(shè)計參數(shù)及理論依據(jù)。
　　第四，根據(jù)理論計算結(jié)果分別建造了燃池—熱水聯(lián)合供暖系統(tǒng)實驗平臺及架空地板型燃池輻射供暖示范農(nóng)宅。一方面，通過實驗研究得到燃池—熱水聯(lián)合供暖系統(tǒng)運行時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。同時定量分析得到不同管徑、管間距、水流速度對聯(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、強化傳熱方式、地板蓄放熱特性等因素對系統(tǒng)熱量輸配過程的影響權(quán)重，證明兩個系統(tǒng)的綜合熱效率分別達到39.3％和56.7％。
　　最后，基于對傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)改進模式的理論分析和實驗研究，綜合考慮住宅節(jié)能設(shè)計，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)系以及兩種改進模式供暖系