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地板供暖设计与运行基础理论研究

刘艳峰

  本文以埋管低温热水地板辐射供暖为研究对象。对设计环节中地板表面散热量简化计算方法;使用过程中合理的运行方式和室内热环境特点,综合节能作用等进行了理论分析、实验验证和典型情况计算。地板表面散热量是低温地板辐射供暖设计计算中最重要的参数之一。文中对原有的平面肋片简化算法采用了肋基温度修正,提高了其计算准确度;根据埋管低温热水辐射地板结构特点,利用地板导热形状因子计算地板当量热阻,首次提出了更为简便的当量热阻算法,该算法将影响地板传热的物性参数和各种结构参数归结到当量热阻中,方便于工程分析和计算。两种简化算法与数值模拟结果误差在10%以内,与实验结果也符合地很好。随后,对低温辐射地板上表面的对流换热系数和辐射换热系数分析结果表明地板表面辐射散热量约占地板表面总散热量的70%。利用PHOENICS3.3商品软件中的低雷诺数k-ε模型对封闭房间室内空气温度场进行了模拟。结果显示:在人员活动高度区域内,低温地板辐射供暖房间的室内空气竖向温度梯度比散热器供暖房间小3~4℃;在散热器供暖房间内,靠近散热器的外墙附近和散热器上部的外窗附近空气温度高于室内平均空气温度6~7℃;在顶层房间,散热器供暖房间顶部温度与房间平均温度之差比低温地板辐射供暖房间高1~2℃,高温区厚度比低温地板辐射供暖大0.3~0.5m。对连续供暖房间的热过程进行了分析,根据房间热过程数学模型编程计算结果显示:由于散热器供暖房间各围护结构内表面对人体的平均辐射温度低于低温地板辐射供暖房间,要达到相同的作用温度,散热器供暖室内空气温度应比低温地板辐射供暖房间高1.0℃~1.3℃。利用对连续供暖房间温度场的研究结果,对分别采用上述两种供暖方式的典型房间的热负荷和能耗进行了全面分析后发现:低温地板辐射供暖房间热负荷比散热器供暖房间可降低10%~15%,能耗可降低5%~10%;低温地板辐射供暖房间节能的主要原因并不是由于房间空气温度可以降低,而是消除了室内空气局部高温区,避免了由此产生的在外围护上的附加传热量。为低温地板辐射供暖系统热负荷计算方法的修正提供依据。在分析房间各围护结构的动态传热过程的基础上,建立了埋管低温热水地板辐射供暖系统间歇运行时房间热过程数学模型,并以Duhalnel定理为基础对模型求解。对典型房间的计算结果显示:系统间歇运行时,供暖系统开启和关闭后室内温度呈指数规律变化;当系统按供暖室外计算温度设计,实际运行日的室外平均温度等于供暖期室外日平均温度时,在室外逐时温度较低的时段低温热水地板辐射供暖系统运行半天左右可满足全天供暖室内计算温度要求。为制定系统运行控制方案提供了依据。……   
[关键词]:低温热水地板辐射供暖;地板传热;房间热过程;节能
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2004年