029低温辐射地板采暖辐射换热分析.doc

上海交通大学制冷与低温工程研究所,宋兆培,翟晓强,王如竹摘要:本文对低温辐射地板采暖系统中的辐射换热进行了分析。实测了一个地板采暖系统的冬季运行情况,并建立了低温辐射地板采暖系统的模型。在模型的基础上针对一个典型地板采暖工况,分析了辐射对采暖效果的影响,:地板采暖;辐射;模拟引言低温辐射地板采暖技术对作为一种新的采暖形式,近年来发展很快。与普通的热泵驱动的空气循环式采暖系统相比,低温辐射地板采暖将地板作为与室内空间进行热交换的媒介,其中有超过50%的换热是直接通过地板表面的长波辐射进行的。同时,由于这种系统对热源温度的要求较低,目前太阳能、地热能等多种新能源都可以与之有较好的匹配,具有很大节能潜力。同时,由于辐射热交换比常规采暖系统中占主导的对流热交换更高效、反应更快,地板采暖的舒适性也较好。由于地板结构的蓄热性能,地板采暖系统具有较大的热惯性,因此对于非连续运行系统,或者热源温度状况变化较大的系统,比如太阳能,其控制方式也与普通的采暖系统有所区别。Cho[1]等设计了一套针对低温辐射地板采暖的预测控制方法,能量利用率及采暖效果可以有显著改善。Badran[2]等则比较了太阳池和太阳能集热器这两种不同的热源形式作为集热设备在地板采暖中的应用,表明采用太阳能集热器时效率能比太阳池提高约6%。为了研究地板采暖的换热特性,王文[3]等对重庆地区一住宅内温水地板供暖系统进行了测试,并与热泵空调器采暖系统进行对比,分析了该地板采暖系统的室内热舒适及经济性。Karadag[4]等则针对地板采暖的对流部分进行研究,用围护结构内表面的温度修正了地板与空气的对流换热关联式。建筑室内环境是比较复杂的系统,简化的集总参数法并不能完全反应地板采暖的运行特性,在理论模型不断完善的基础上,计算机模拟技术在地板采暖的研究应用广泛。Weitzmann等[5]等采用一种二维模型对地板采暖系统进行了建模。Holopainen[6]则采用非结构化网格对地板采暖内的温度场进行了分析。周兴红[7]等对低温地板辐射采暖进行了系统建模并对其性能进行了分析。辐射换热的是地板采暖区别于常规采暖系统的主要特点之一,在辐射占主导的情况下,房间内的热舒适特征以及能量分布情况都有与常规采暖系统有所不同,但是在这方面尚未有较为系统的分析。本文的主要方向就是用实验和模型分析地板采暖系统中辐射换热的效果及其对热舒适进能耗的影响。低温辐射地板采暖系统该实验用地板采暖系统位于上海交通大学,低温辐射地板面积为170m2,在冬季白天为相应的办公空间提供采暖。系统采用96m2带有CPC的U型管式太阳能集热器整列作为热源,并配有一个3m3的蓄热水箱以及相应自控系统作为调节。系统简图如图1所示。地板采暖系统采用湿式结构,PE-Xa热水盘管埋于6cm的混凝土层中。热水盘管间距50cm,采用分区回形布置方式,地板温度比较均匀。,-1K-1,基本阻止了地板向下层漏热的进行。系统水路以及房间内部不同节点上,设置了PT1000温度传感器,采集并记录实时数据。同时,在房间内部不同高度处设置了3个黑球温度计,用于计算室内辐射温度。系统在2007~2008年冬天经过1-集热器整列;2-集热循环泵;3-板式换热器;4-补水泵;5-膨