261 采用低溫冷水的地板埋管輻射供冷結(jié)露問題的仿真研究

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1、采用低溫冷水的地板埋管輻射供冷結(jié)露問題的仿真研究哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政學(xué)院唐勇輝姜永成摘要：以設(shè)有地板埋管供冷系統(tǒng)+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)的辦公室為研究對象，介紹了設(shè)地板埋管系統(tǒng)的空調(diào)房間的動(dòng)態(tài)傳熱傳濕模型的建模機(jī)理，并作了相應(yīng)的簡化建立了數(shù)值計(jì)算模型。用數(shù)值仿真的方法，分別仿真出了設(shè)置混水泵和不設(shè)混水泵兩種工況下的采用低溫冷凍水的地板埋管供冷的壁面溫度，并與室內(nèi)露點(diǎn)溫度比較，對比了兩個(gè)不同工況下的仿真結(jié)果，分析研究后得出地板埋管系統(tǒng)采用低溫冷凍水供冷室內(nèi)含濕量變化不大的前提下可不設(shè)置混水泵，輻射壁面也不會(huì)結(jié)露。關(guān)鍵詞

2、：地板埋管供冷、數(shù)值仿真、露點(diǎn)溫度、結(jié)露、混水泵0、引言由于輻射空調(diào)系統(tǒng)與對流空調(diào)系統(tǒng)相比擁有較高的熱舒適性及節(jié)能性[1~3]，故近年來對輻射空調(diào)的使用也越來越廣泛，在輻射空調(diào)系統(tǒng)中，夏季輻射壁的結(jié)露問題是一個(gè)亟待解決的問題。一般設(shè)計(jì)為了保險(xiǎn)起見，均要求冷水溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度0.5～1℃，如此一來，只能選取高溫冷水來供冷，限制了輻射空調(diào)的冷卻能力[4]。地板埋管供冷系統(tǒng)可否采用低溫冷水來供冷而保證輻射壁不結(jié)露呢？本文通過對地板埋管系統(tǒng)的傳熱機(jī)理的分析，建立地板埋管供冷系統(tǒng)的仿真模型，通過模型仿真來研究這

3、個(gè)問題。1、地板埋管供冷系統(tǒng)的分析及建模本文研究的系統(tǒng)為地板埋管供冷系統(tǒng)，如圖1所示包括一個(gè)帶外墻的房間和埋地供冷盤管。采用《建筑熱過程》中介紹的墻體分層計(jì)算方法計(jì)算維護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)傳熱，采用有限差分一維動(dòng)態(tài)傳熱方程來分層計(jì)算[5]。對每一面維護(hù)結(jié)構(gòu)建立一個(gè)微分方程組，建模機(jī)理均是依靠能量守恒定律并且考慮材料蓄熱，反映了傳熱的動(dòng)態(tài)特性。圖1房間模型示意圖及地板墻體細(xì)部構(gòu)造圖為了反映水管的動(dòng)態(tài)傳熱特性，考慮地板埋管的管內(nèi)存水的蓄熱性，將水管差分為10段串聯(lián)的水管，逐段采用集中參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在最后一段的集中參數(shù)

4、即為地板埋管的出水溫度。在此處不采用對數(shù)傳熱溫差，是因?yàn)樵撃Ｐ头从沉藙?dòng)態(tài)特性，而動(dòng)態(tài)邊界條件可能會(huì)出現(xiàn)對0取對數(shù)而導(dǎo)致計(jì)算中斷的情況；而算術(shù)平均溫差，其物理意義就是錯(cuò)誤的，計(jì)算時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)熱量從低溫傳到高溫的錯(cuò)誤情況。采用分段計(jì)算方法，能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)傳熱的動(dòng)態(tài)趨勢，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果也只是精度上的區(qū)別。為了真實(shí)反映出地板各處溫度的不均勻性，將地板均分為10塊，與10段盤管一一對應(yīng)。水管與墊層的傳熱本應(yīng)為三維動(dòng)態(tài)傳熱，為了簡化模型，以至于更方便的求出模型的逐時(shí)解，墊層與水管相接觸的那個(gè)曲面取一個(gè)集中溫度來替

5、代曲面的溫度場，將其簡化為一維動(dòng)態(tài)傳熱，地板塊與地板塊之間無熱量傳遞。房間各維護(hù)結(jié)構(gòu)所采用的建筑材料的參數(shù)如表1所示，房間的開間為4m，進(jìn)深為5m，層高為3.5m，門的尺寸為2m×1.2m，窗的尺寸為1.5m×1.5m。表1各維護(hù)結(jié)構(gòu)所用建筑材料的參數(shù)列表維護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)厚度比熱密度外側(cè)表面換熱系數(shù)內(nèi)側(cè)表面換熱系數(shù)材料W/(m2℃)mJ/(kg℃)kg/m3W/(m℃)W/(m℃)外墻0.930.02840180018.68.7水泥砂漿0.810.248801800磚墻0.290.121590627泡沫混

6、凝土0.930.028401800水泥砂漿內(nèi)墻0.930.0284018008.78.7水泥砂漿0.810.248801800磚墻0.930.028401800水泥砂漿天花板0.930.0284018008.78.7水泥砂漿1.840.047502344碎石混凝土1.540.078402400鋼筋混凝土0.930.028401800水泥砂漿窗0.760.00484025008.78.7玻璃門0.110.0219303778.78.7紅松門地板0.930.0284018008.78.7水泥砂漿1.540.0

7、78402400鋼筋混凝土0.930.028401800水泥砂漿找平0.0310.02210050聚苯乙烯保溫1.840.067502344碎石混凝土0.930.028401800水泥砂漿房間采用地板埋管系統(tǒng)+新風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)，空調(diào)送風(fēng)用于除去室內(nèi)的余濕及滿足室內(nèi)的新風(fēng)需求，同時(shí)也負(fù)擔(dān)一部分室內(nèi)的冷負(fù)荷，地板埋管系統(tǒng)的用電磁閥根據(jù)室溫反饋進(jìn)行ON/OFF控制，即在一個(gè)控制周期內(nèi)調(diào)節(jié)占空比。房間的溫濕度計(jì)算也采用集中參數(shù)，考慮燈光照明、人員、設(shè)備散熱等內(nèi)擾因素及與維護(hù)結(jié)構(gòu)的對流換熱和空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)，根據(jù)能

8、量守恒定律及質(zhì)量守恒定律建立室內(nèi)溫度及濕度的微分方程。0、低溫冷水供冷的仿真模擬地板埋管系統(tǒng)采用低溫冷水來供冷，設(shè)計(jì)思路是在地板埋管入口設(shè)電磁閥及混水泵，用壁面溫度與露點(diǎn)溫度來進(jìn)行防結(jié)露控制，在電磁閥開啟的時(shí)間段內(nèi)若壁面溫度減去0.5℃后的值低于室內(nèi)露點(diǎn)溫度時(shí)開啟混水泵；用設(shè)定值與室溫的偏差控制電磁閥開啟時(shí)間，即改變電磁閥的占空比，電磁閥關(guān)閉時(shí)水泵也停止運(yùn)行[6]。此策略的防結(jié)露控制是開啟混水泵，末端仍按定流量運(yùn)行。系統(tǒng)如圖2