相變蓄能式地板輻射系統(tǒng)設(shè)計(jì)及蓄能房間的熱性能研究.pdf

1、如何降低逐年增大的建筑能耗是我國乃至世界近年來共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。末端設(shè)備作為空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，其形式直接影響空調(diào)系統(tǒng)的舒適性和節(jié)能性，目前輻射地板作為新型末端設(shè)備，以其舒適性和節(jié)能性等方面的優(yōu)異表現(xiàn)得到了廣泛使用。相變材料具有高蓄能性，將相變材料應(yīng)用到空調(diào)系統(tǒng)中，是一種有效的建筑節(jié)能和負(fù)荷調(diào)節(jié)手段。基于以上背景，本文在地板輻射供冷暖的研究基礎(chǔ)上提出了相變蓄能式地板輻射系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了雙層毛細(xì)管相變蓄能地板末端，采用數(shù)值模擬與實(shí)

2、驗(yàn)測試相結(jié)合的方法著重研究相變地板輻射的熱性能及應(yīng)用效果，具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)本文首先通過對無相變材料的混凝土地板毛細(xì)管輻射供冷暖進(jìn)行理論研究，并運(yùn)用CFD模擬軟件Fluent分別對冬夏不同工況進(jìn)行模擬。冬季工況下，當(dāng)毛細(xì)管供水溫度分別為34℃時(shí)，地板表面溫度可達(dá)27.3℃，穩(wěn)定后地板表面的熱流密度約為80W/m2;夏季工況下，當(dāng)供水溫度為18℃時(shí)，地板表面達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的溫度為21℃，穩(wěn)定后地板表面的熱流密度約為34

3、W/m2。停止供水后，由于混凝土的蓄熱能力有限，利用混凝土的蓄冷供給室內(nèi)冷量，大約只能滿足約2個(gè)小時(shí)，供熱時(shí)大約能維持4個(gè)小時(shí)左右的舒適度。地表熱流和溫度均受供水與否影響較大。
　　(2)在地板輻射供冷暖的研究基礎(chǔ)上，針對目前電力負(fù)荷峰谷差較大的現(xiàn)狀，通過合理的設(shè)計(jì)與研究，提出雙層毛細(xì)管相變蓄能地板冷熱一體化末端和應(yīng)用系統(tǒng)。對該末端的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，闡述了其特點(diǎn)和優(yōu)勢，并對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析，建立了雙層相變地板傳熱數(shù)學(xué)模型，為后

4、續(xù)的模擬研究提供理論基礎(chǔ)。該設(shè)計(jì)一方面利用夜間低谷價(jià)電，通過相變材料蓄能，使得冷熱負(fù)荷從白天波峰轉(zhuǎn)移到夜間;另一方面利用相變材料的高蓄能性來降低地板表面溫度的波動，提高室內(nèi)熱舒適性。
　　(3)對提出的新型雙層毛細(xì)管相變蓄能地板末端的蓄放熱過程進(jìn)行模擬研究。系統(tǒng)存在最優(yōu)的供暖相變溫度和供冷相變溫度。該最優(yōu)溫度可滿足恰好8小時(shí)蓄能結(jié)束，且在放能的10小時(shí)內(nèi)地表溫度滿足要求。針對本文的末端結(jié)構(gòu)，最優(yōu)的供暖相變溫度和供冷相變溫度分別為3

5、4℃和17℃，相應(yīng)的供水溫度可取41℃和15℃;且和無相變材料的地板輻射供冷暖相比，該雙層相變地板末端蓄放能過程中地表溫度和熱流密度波動都很小，充分體現(xiàn)了其蓄能性和調(diào)溫能力。
　　(4)搭建相變蓄能地板對比實(shí)驗(yàn)臺。對充入有機(jī)相變材料的雙層相變地板與混凝土地板進(jìn)行冬季工況下的蓄放熱測試，獲得蓄能房間溫度、地表熱流密度以及在蓄放熱過程中地板各層的溫度變化情況。通過三組對比性實(shí)驗(yàn)可以得出，在放熱的前5個(gè)小時(shí)，相變蓄能房間的溫度依然能保持

6、緩慢上升的趨勢，5小時(shí)后溫度下降的也很緩慢，室內(nèi)溫度保持在16℃左右;而無相變材料的房間，室溫在停止供水后迅速下降，最低溫度達(dá)到11.8℃。且在整個(gè)放熱過程的10h內(nèi)，雙層相變地板表面平均熱流密度約為58W/m2，混凝土地板約為33.5W/m2，而蓄熱過程中，雙層相變地板放熱量小于混凝土地板，可見雙層相變地板具有更好的蓄能和調(diào)溫能力，在蓄熱過程中，能量盡量蓄存在地板層中，而在放熱過程中熱量再緩慢的釋放。并且通過對前階段理論模擬結(jié)果的分析