地板辐射供冷热环境研究

论文摘要

节能减排是当今全球关注的焦点之一。随着经济的发展和人们生活水平的提高,建筑空调能耗不断增加,人们对空调舒适性及室内空气品质的要求也有所提高。辐射供冷系统被认为是一种经济、节能、舒适性好的空调系统形式而逐渐得到研究和应用。本文简要介绍了地板辐射供冷的机理和特点,及其简化的数学物理模型,建立了地板辐射供冷与室内热环境数值模拟的数学物理模型。提出了将计算区域分为两部分——地板层和室内空间的模拟方法,其中地板层的计算为盘管冷水与地板换热,室内空间的计算包括地板表面与其他维护结构的辐射换热和室内空气的对流换热。作者利用三维机械CAD软件PRO/E建立地板盘管的模型,将盘管模型导入CFD软件——Airpak,在Airpak软件中建立地板构造形式和围护结构,设置地板、水流和围护结构的物性参数,设定盘管及房间的边界条件进行模拟。并在冷辐射地板实验室进行了实验测试,验证了作者所提出的模拟方法的可行性。地板辐射供冷系统实验研究结果表明,室内温度在风机盘管和地板盘管联合运行的情况下,竖向温度分布不均匀,温度梯度比较大。采用CFD软件Airpak,模拟了地板辐射供冷的室内热环境,模拟结果与实验结果吻合。进而验证了本文提出的模拟地板辐射供冷室内热环境方法的可信性,以及程序中各项边界设置的正确性。模拟研究结果显示:供水温度一定时,随着供水流量的增大,室内温度和地板表面温度下降;供回水温差一定时,地板表面和室内温度随着管内流速的增大而降低。供水流量一定时,随着供水温度的升高,室内温度和地板表面温度增加;供回水温差一定时,室内温度和地板表面温度随着供水温度的增大而上升。在供水温度和计算供冷量相同条件下,供回水温差小流量大情况下的室内温度相对供回水温差大流量小的室内温度低,也就是说大流量小温差换热效果好;在室外温度波动下,地板辐射供冷的室内空气温度变化不大,表明辐射供冷同辐射供暖一样具有自调节功能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 地板辐射供冷在技术上存在的问题
• 1.4 研究内容和预期的研究目标
• 2 辐射供冷与室内热环境
• 2.1 辐射供冷的机理
• 2.2 辐射供冷的特点
• 2.2.1 辐射供冷的优点
• 2.2.2 辐射供冷的缺点
• 2.3 辐射供冷的室内热环境
• 2.3.1 室内热环境的主要参数
• 2.3.2 影响室内热环境的因素
• 2.4 小结
• 3 辐射供冷的数学物理模型
• 3.1 地板辐射的类型
• 3.1.1 地面板体结构
• 3.1.2 地板盘管埋管方式
• 3.2 传热过程
• 3.3 简化的辐射供冷数学物理模型
• 3.3.1 盘管内水与管壁的换热
• 3.3.2 管壁与地板表面的换热
• 3.3.3 地板表面与房间的换热
• 3.4 CFD 简介
• 3.5 本文地板辐射供冷的数学物理模型
• 3.5.1 紊流的数值模拟
• 3.5.2 κ—ε两方程模型
• 3.5.3 控制方程
• 3.5.4 壁面函数
• 3.5.5 D-O 辐射模型
• 3.5.6 边界条件
• 3.6 Airpak 简介
• 3.7 小结
• 4 实验测试
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验简介
• 4.2.1 实验室
• 4.2.2 实验测试仪器
• 4.2.3 实验方案及测点的布置
• 4.3 实验数据的整理与分析
• 4.3.1 地板辐射实验室的温度测试结果
• 4.3.2 地板辐射实验室的流速测试结果
• 4.3.3 地板盘管进出水温度
• 4.4 实验结果与模拟结果的对比
• 4.4.1 数值模拟的物理模型
• 4.4.2 边界条件
• 4.4.3 CFD 模拟其他相关参数的设定
• 4.4.4 模拟结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 地板辐射供冷热环境模拟
• 5.1 CFD 模型和边界条件
• 5.2 流量对室内热环境的影响
• 5.3 供水温度的影响
• 5.4 室外温度对室内温度的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究中的问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录