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随着社会的发展和城镇化率的提高,我国建筑能耗逐年增长,其中北方地区的供暖能耗占比较大,以致环境污染问题日趋严重,由此,国家大力提倡建筑节能环保,积极推广绿色建筑的应用,而充分利用太阳能有效降低建筑供暖能耗正成为主要方向之一。以特朗勃墙作为外围护结构的建筑可有效利用太阳能供暖,但其数值研究和成果多基于简化模型,很少对房屋实体建模,并进行三维非稳态数值模拟分析,尤其兰州地区。鉴于以上分析,本文根据课题组前期青藏线不冻泉站太阳能房屋及其研究成果,首先对其特朗勃墙建筑一房间整体进行三维物理建模,通过FULENT软件中UDF自定义设置逐时变化的边界条件,对数值模型和方法的合理性进行验证;其次,根据兰州气象条件,对特朗勃墙体结构、集热性能及其室内热环境进行了数值计算和分析,包括墙体厚度、空气通道宽度以及窗墙比面积;随后,实验室搭建特朗勃墙性能测试系统,分别对空气通道宽度、集热层、窗墙比面积条件下的特朗勃墙集热性能进行了测试和分析;最后,基于本文研究结果和兰州地区太阳辐射条件,对特朗勃墙太阳能房屋的节能效益进行了计算。通过本文研究,可以得出以下结论:1)本文建模并划分网格采用的ICEM软件,便于对网格进行修改,进而可以得到高质量的网格模型。2)本文采用的三维特朗勃墙模型、逐时变化边界条件的自定义UDF与数值模拟方法,可以更加合理的揭示特朗勃墙太阳能房屋室内的空气速度场与温度场的变化,其有效性得到了青藏线太阳能房实测数据的验证。3)根据数值模拟和实验分析,兰州地区特朗勃墙体结构参数的优化取值建议为空气通道宽度为100mm~150mm、墙体厚度为240mm、以及窗墙比为7%。集热涂层为吸收率0.7水溶性黑色乳胶漆的特朗勃墙性能优于集热涂层为吸收率0.6的溶剂型黑色乳胶漆。4)根据本文研究,太阳能资源较丰富的兰州地区,特朗勃墙式太阳房建筑一个供暖期可节约供暖能耗约2.81kJ/s·m~2。本文研究结果可为特朗勃墙太阳能房屋数值研究的实体建模、三维非稳态模拟提供方法借鉴,为特朗勃墙体及建筑结构设计提供参考。