随着人们生活水平的提高冬季采暖需求越来越大,包括昆明地区在内的低纬高原地区由于冬季早晚温差较大气温相对较低,近年来的采暖应用也越来越多。昆明地区冬季太阳辐射资源丰富,如果能充分利用昆明地区丰富的太阳能进行采暖设计,不仅能有效地改善建筑物内的居住热环境,而且对节约能源和提高太阳能热利用具有重要意义。本文在昆明地区搭建了太阳能采暖实验房作为研究对象,利用散热器加热,进行了一系列实测实验和数值模拟计算与分析,为昆明地区太阳能采暖实际应用提供数据支持和工程参考,具体内容如下:首先结合昆明实际搭建实验房。为研究供暖系统对室内热环境影响,设计四种实验工况,第一种工况对实验房进行外部遮阳处理且不供暖,第二种工况对实验房进行外部遮阳处理并供暖,第三种工况不进行遮阳处理并供暖,第四种工况为阴雨天气且不供暖,部分工况尽量排除太阳辐射对室内热环境干扰。论文引入预测平均投票PMV(Predicted Mean Vote)和预测不满意百分率PPD(Predicted Percent Dissatisfied)等舒适度指标,然后对实验数据分析得到四种工况下室内空气温度随室外空气温度变化曲线、室内空气温度不均匀性、不同时刻室内PMV-PPD、供热量与室外空气温度函数关系、供热量与室内温升函数关系。结果表明:前三种工况气象数据相近,均为昆明当地典型气象环境数据,不供暖时夜间约13个小时存在供暖需求且供暖需求较大,不满意百分比PPD达78,室内空气温度在夜间均匀性较好,白天均匀性较差;供暖后全天舒适度属于规定范围,室内空气温度均匀性较好;不遮阳供暖工况下,夜间舒适度属于规定范围,白天太阳辐射较高时段室内空气温度增高导致舒适度较差,室内空气温度均匀性较好。阴雨天气全天温度波动较小为2℃,平均温度较低,全天存在供暖需求热舒适性较差,不满意百分比PPD在35-60之间。通过对比得到遮阳并供暖工况下室内舒适性最好。通过计算得到集热器和散热器供热量,对散热器供热量、室内空气温度和室外空气温度数据分析得,供暖时室外空气温度越低,需要的供热量越大,并通过对实验数据拟合分析得到室外空气温度与散热器供热量的回归关系式。在实验数据的基础上,通过计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)中Airpak软件对实验房进行数值模拟。在验证了数值模型准确性后,通过CFD方法对典型天气和阴雨天气下散热器不供暖、散热器温度为45℃、50℃、55℃、60℃和散热器位于北墙下、东墙下、东窗下、南窗下、西墙下、南墙下不同位置共16种方案进行模拟计算和分析。通过对模拟结果分析得到:(1)典型天气和阴雨天气下,散热器60℃室内热舒适性最好,供暖温度越低热舒适性越差,阴雨天气下50℃、55℃、60℃不同散热器温度均可保证全天热舒适性,典型天气下60℃散热器温度均可保证全天热舒适性;(2)散热器温度越高,室内空气温度全天越稳定;(3)室内外温差越大,室内竖直方向和水平方向温差越大;(4)散热器温度越高,室内竖直方向和水平方向温差越大;(5)散热器位于东窗下热舒适性最好,位于南墙下热舒适性最差,最优位置和最差位置温度相差0.9,PMV相差0.147,PPD相差2.8。最后利用可再生能源设计和优化软件Polysun对太阳能供暖系统不同方案进行模拟,发现(1)增大集热器面积和水箱容量使太阳能保证率明显增加,但是对单位面积负荷影响不大。每增加3.72m~2集热器面积、250L水箱容量,太阳能保证率增加范围为2.60%-11.30%,集热器面积11.16m~2、水箱容量为750L的方案单位面积负荷最低;(2)房间采暖需求温度越高,总能量需要量越大,单位面积负荷增大,太阳能保证率降低,热泵供应热量增加,耗电量增加。当房间采暖需求温度从19℃至20℃、20℃至21℃、21℃至22℃,单位面积负荷增加分别为6.00kWh、11.81kWh、1.00kWh;(3)供暖季中1月份和12月份太阳能保证率最低,2月份太阳能保证率较高;(4)改变集热器倾角和散热器面积对太阳能保证率和单位面积负荷影响不大。