太阳能低温热水相变墙体辐射供暖系统研究

论文摘要

低温热水辐射采暖技术近年来发展迅速,低温热水辐射采暖系统在各地得到了广泛的应用。本文介绍了国内外辐射采暖技术和相变领域的研究成果,对低温热水有源相变墙体的辐射供暖特性展开了一系列探索。建立了低温热水有源相变墙体传热过程更加精确的数学模型。在建立的数学模型和给定的边界条件基础上,应用数值模拟软件Fluent对墙体蓄放热特性进行了模拟,研究了水流速度、蓄放热时间、进水温度、设计室温、相变温度、相变层厚度等因素的变化对相变墙体系统的相变面平均温度、墙体表面平均温度和表面平均热流密度的影响规律。建立了低温热水相变墙体辐射供暖系统实验,通过模拟数据和实验数据的对比分析,验证建立模型的可靠性。在得出相变墙体系统的蓄放热特性的前提下,提出结合太阳能的相变墙体辐射采暖系统。研究并利用Fluent模拟仿真冬季室外温度较低时,以太阳能作为唯一热源,室内环境在动态负荷作用下的温度分布规律。本文的研究结果对于设计低温热水辐射供暖系统有一定参考价值,对太阳能利用与辐射供暖系统的结合提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 低温热水地板辐射采暖系统
• 1.2.2 相变储能材料在建筑围护结构中的应用
• 1.2.3 太阳能低温辐射采暖技术的研究
• 1.3 辐射采暖系统简介
• 1.3.1 概念
• 1.3.2 辐射板的分类
• 1.3.3 辐射采暖系统的特点
• 1.4 相变问题
• 1.4.1 建筑用相变材料的研究
• 1.4.2 相变问题的一般求解方法
• 1.5 本文的主要工作
• 2 低温热水相变墙体传热过程的模拟
• 2.1 低温热水相变墙体辐射过程的传热模拟
• 2.1.1 物理模型
• 2.1.2 数学模型
• 2.2 CFD应用于相变传热数值计算的介绍
• 2.2.1 数值计算中的Solidification/Melting模型
• 2.2.2 CFD数值计算参数设置
• 2.3 本章小结
• 3 低温热水相变墙体辐射采暖系统模型的实验验证
• 3.1 实验系统的设计
• 3.2 墙体结构设计
• 3.3 实验材料参数
• 3.4 数据采集系统及仪表
• 3.5 测试方法
• 3.6 实验系统的调试与运行控制
• 3.6.1. 冷水机组和风机盘管环路的调试
• 3.6.2 供暖系统环路的调试
• 3.6.3 测试系统的调试
• 3.7 模型的实验验证
• 3.8 结果及分析
• 3.8.1 相变层特征点温度实验验证
• 3.8.2 墙体表面温度实验验证
• 3.8.3 墙体表面热流密度实验验证
• 3.8.4 对比结果偏差分析
• 3.9 本章小结
• 4 低温热水相变墙体的辐射供暖特性
• 4.1 盘管流速对供暖特性的影响
• 4.1.1 相变材料面平均温度分布
• 4.1.2 墙体表面平均温度分布
• 4.1.3 墙体表面平均热流密度变化
• 4.1.4 相变面相变云图
• 4.2 蓄放热时间对供暖特性的影响
• 4.2.1 相变材料面平均温度分布
• 4.2.2 墙体表面平均温度分布
• 4.2.3 墙体表面平均热流密度分布
• 4.2.4 相变面相变云图
• 4.3 进水温度对供暖特性的影响
• 4.3.1 相变材料面平均温度分布
• 4.3.2 墙体表面平均温度分布
• 4.3.3 墙体表面平均热流密度分布
• 4.3.4 相变面相变云图
• 4.4 设计室温对供暖特性的影响
• 4.4.1 相邻室温相等的工况
• 4.4.2 相邻室温不等工况
• 4.5 相变温度对供暖特性的影响
• 4.5.1 相变材料而平均温度分布
• 4.5.2 墙体表面平均温度分布
• 4.5.3 墙体表面平均热流密度分布
• 4.5.4 相变面相变云图
• 4.6 相变层厚度对供暖特性的影响
• 4.6.1 相变材料面平均温度分布
• 4.6.2 墙体表面平均温度分布
• 4.6.3 相变墙体表面平均热流密度变化
• 4.6.4 相变面相变云图
• 4.7 本章小结
• 5 太阳能低温热水相变墙体辐射供暖系统的动态模拟
• 5.1 系统工作原理
• 5.2 实际采暖房间数值计算模型
• 5.3 房间负荷计算
• 5.3.1 围护结构耗热量
• 5.3.2 冷风渗透耗热量计算
• 5.4 实际采暖房间热环境的数值模拟
• 5.4.1 室内空气平均温度变化
• 5.4.2 房间温度场分布
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献