毛细管辐射采暖系统的室内热环境分析及间歇运行策略研究

论文摘要

随着我国经济快速增长,建筑行业迅猛发展,建筑能耗急剧增加,建筑能耗占能源消费总量的份额已超过27%,其中采暖、空调能耗约占65%。因此,寻求一种低能耗的新型采暖空调方式势在必行。毛细管辐射空调系统因具有节能、热舒适性好等优点而逐渐得到推广与应用。本论文针对毛细管辐射空调系统,对其在采暖工况下的室内热环境及运行控制策略进行了研究。本文采用理论分析、数值模拟及实验测试相结合的研究方法,分析了供回水平均温度和室外气象参数对毛细管辐射采暖工况下室内热环境的影响;针对办公建筑和住宅建筑具有不同使用时间的特点,提出了相应的间歇运行控制策略；探讨侧墙适宜位置辐射采暖的优越性,以寻求毛细管辐射板的合理敷设位置；通过理论分析,得出了毛细管辐射采暖系统的节能效果。实验结果表明,在本文实验条件下：①系统采用质调节策略,可以有效控制室内空气温度的高低,并能在一定程度上改变室内空气温度的响应速度。②对于办公建筑,由于使用时间在白天,因此受朝南外窗太阳辐射得热和室外气温的影响较大,实验用模型房间的室内温度场在早晨系统开启后快速上升,1h后初步满足热舒适要求并以近似线性的趋势缓慢上升,正午达到最大值,午后略有下降。③对于住宅建筑及阴雨天时的办公建筑,由于不受太阳辐射的影响,模型房间的室内温度场在系统开启后快速上升,1h后初步满足热舒适要求,2h后趋于稳定。④通过合理的控制间歇时间,毛细管辐射采暖系统可以在满足热舒适要求的条件下,采用间歇运行策略来降低采暖能耗,从而实现进一步节能。⑤考虑到实际气流的运动规律及热舒适要求,毛细管辐射板在侧墙下方敷设时,其采暖效果优于顶板辐射采暖。理论分析与数值模拟结果表明：①适宜位置的侧墙辐射采暖优于顶板辐射采暖。②仅考虑采暖工况时,毛细管辐射板应尽可能在侧墙下方敷设而不宜在侧墙中上部对称敷设。③采用毛细管辐射采暖形式,可以减少冬季建筑热负荷4.35-15.38%。④与毛细管辐射末端相结合时,地源热泵机组的制热系数可以提高26.10～50.72%。本文研究目的旨在探讨毛细管辐射采暖应用中有待解决的相关问题,为其正确推广应用奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 能源消费现状
• 1.1.2 节能减排与建筑节能
• 1.1.3 辐射空调系统对建筑节能的意义
• 1.2 研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状及水平
• 1.2.2 国内研究现状及水平
• 1.3 本课题主要研究的内容及方法
• 2 毛细管辐射加置换通风复合空调系统及其热舒适评价指标
• 2.1 毛细管辐射加置换通风复合空调系统概述
• 2.1.1 辐射板的分类及其特点
• 2.1.2 毛细管辐射加置换通风复合空调系统的工作原理及组成
• 2.1.3 辐射板供冷（热）量的计算
• 2.1.4 毛细管辐射加置换通风复合空调系统的优点
• 2.1.5 毛细管辐射加置换通风复合空调系统在应用中的问题分析
• 2.2 室内热舒适性评价指标
• 2.2.1 室内热舒适性影响因素及其标准值
• 2.2.2 热舒适性的评价方法
• 2.2.3 毛细管辐射采暖热舒适性评价指标
• 2.3 本章小结
• 3 毛细管辐射采暖的实验研究
• 3.1 毛细管辐射采暖实验方案
• 3.1.1 实验目的
• 3.1.2 实验对象
• 3.1.3 温度测点布置
• 3.1.4 毛细管辐射顶板的敷设
• 3.1.5 实验系统构成
• 3.1.6 实验步骤
• 3.2 毛细管顶板辐射采暖的实验研究
• 3.2.1 连续运行工况实验
• 3.2.2 间歇运行工况实验
• 3.3 毛细管侧墙辐射采暖的实验研究
• 3.3.1 侧墙辐射采暖实验结果
• 3.3.2 侧墙辐射采暖室内温度场分析
• 3.4 毛细管辐射采暖的热舒适评价
• 3.4.1 顶板辐射采暖的热舒适性评价
• 3.4.2 侧墙辐射采暖的热舒适性评价
• 3.5 本章小结
• 4 毛细管辐射采暖数值模拟
• 4.1 FLUENT软件简介
• 4.2 模型建立
• 4.3 流动、传热及辐射的控制方程
• 4.4 边界条件
• 4.5 求解方法及离散格式选择
• 4.6 收敛精度的选择
• 4.7 数值模拟验证
• 4.8 数值模拟方案
• 4.9 数值模拟结果及分析
• 4.9.1 数值模拟结果
• 4.9.2 数值模拟结果分析
• 4.10 本章小结
• 5 毛细管辐射采暖系统节能效果评价
• 5.1 建筑热负荷
• 5.1.1 热负荷计算方法
• 5.1.2 建筑热负荷比较
• 5.2 热源节能效果评价
• 5.2.1 逆卡诺循环与理论制冷/热泵循环
• 5.2.2 不同冷凝温度对热泵机组制热系数的影响
• 5.3 系统间歇运行节能效果评价
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文