混凝土埋管式輻射冷頂板室內(nèi)非穩(wěn)態(tài)換熱特性研究.pdf

1、輻射冷頂板系統(tǒng)節(jié)能和舒適等優(yōu)點使之近幾年受到人們的廣泛關(guān)注和研究?；炷谅窆苁捷椛淅漤敯灞闶窃撓到y(tǒng)末端的一種形式。其工作原理是降低天花板的內(nèi)表面溫度來形成冷輻射面，依靠冷輻射面與室內(nèi)其他圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及家具、人體表面之間的輻射換熱來達到供冷的目的。天花板內(nèi)表面和室內(nèi)其他表面的溫度降低會導(dǎo)致室內(nèi)空氣與這些表面之間的對流換熱加強，使室內(nèi)空氣溫度同時降低，進一步加強供冷效果?；炷谅窆苁捷椛淅漤敯迮c室內(nèi)環(huán)境的主要換熱模式是輻射換熱和自然對流換

2、熱結(jié)合的綜合換熱模式，這一點與傳統(tǒng)送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的強制對流換熱模式不同。
　　混凝土埋管式輻射冷頂板的施工方法是將塑料水管或鋼管綁在鋼筋上直接現(xiàn)澆在樓板中，也可以在天花板上固定好水管后再做面層。這種輻射板具備較大熱容量。目前關(guān)于換熱機理的研究大多集中在輻射板內(nèi)部或整個供冷系統(tǒng)的換熱過程，少數(shù)針對輻射冷頂板與室內(nèi)熱環(huán)境之間輻射換熱機理的研究也基本討論的是穩(wěn)態(tài)工況下的輻射換熱。
　　實際情況中，室內(nèi)的熱輻射環(huán)境常處于非穩(wěn)態(tài)工況。例

3、如，各種外擾的變化會使傳入室內(nèi)的得熱量改變，從而改變圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度;輻射冷頂板系統(tǒng)的啟動、關(guān)閉或運行間隔，人員的進出以及熱源的開閉等都會造成室內(nèi)熱輻射環(huán)境的改變。目前對非穩(wěn)態(tài)工況下室內(nèi)熱輻射環(huán)境的換熱機理和熱響應(yīng)特性還缺乏理論與實驗數(shù)據(jù)支撐。本文針對以上問題，將理論研究、實驗研究及數(shù)值模擬相結(jié)合，開展了相關(guān)研究。
　　文中改進了輻射換熱計算的杰勃哈特法，針對輻射冷頂板房間內(nèi)有熱源參與的熱輻射環(huán)境建立了矩陣方程形式的非穩(wěn)態(tài)換熱模

4、型，使之能夠?qū)⒄麄€時間內(nèi)所有表面上凈輻射換熱量的計算轉(zhuǎn)化為矩陣運算。有效避免了傳統(tǒng)方法在解決非穩(wěn)態(tài)輻射換熱時對方程組的多次求解，為計算機編程提供了便利。對有窗戶的非封閉空間提出了輻射換熱的求解辦法。
　　將輻射冷頂板房間內(nèi)復(fù)雜的換熱問題抽象為三維封閉方腔中非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、輻射與自然對流的耦合換熱問題，并給出了該問題的數(shù)值實施方法和具體的理論推導(dǎo)過程。采用附加源項法處理能量守恒方程的邊界條件以及固體表面的輻射換熱部分，并推導(dǎo)出相應(yīng)的附加

5、源項以及未知界面溫度的計算表達式。
　　搭建熱工實驗平臺來模擬混凝土埋管式輻射頂板系統(tǒng)在夏季供冷時封閉空間內(nèi)的動態(tài)熱響應(yīng)過程，并驗證了封閉空間內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)輻射換熱模型以及非穩(wěn)態(tài)耦合換熱數(shù)值模型。設(shè)計了不同非穩(wěn)態(tài)工況（包括輻射冷頂板系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉、供水溫度突然提高和下降、室內(nèi)負荷突然提高和下降、供水溫度周期性波動等）進行了實驗研究。通過詳細分析實驗艙內(nèi)的數(shù)據(jù)，對混凝土埋管式輻射頂板系統(tǒng)開始及停止供冷時的各項溫變曲線進行一階指數(shù)函數(shù)擬

6、合。為保證工作時間內(nèi)室內(nèi)熱環(huán)境的相對穩(wěn)定，選定至少提前8個小時開啟混凝土埋管式輻射冷頂板系統(tǒng)。得到了系統(tǒng)停止供冷后前8小時內(nèi)每個小時的溫度增長速率，以快速估算輻射冷頂板系統(tǒng)停止運行后的溫度變化量。另外，冷水供水溫度及室內(nèi)負荷突然變化或冷水供水溫度波動時，各項溫度值的變化幅度及變化速率非常小。
　　分析非穩(wěn)態(tài)耦合換熱數(shù)值模型內(nèi)的溫度場、空氣流場以及輻射熱流密度場后發(fā)現(xiàn)，空間中的溫度分布大致均勻;自然對流并不劇烈，空氣的流線以向上浮升

7、為主;微元表面上的輻射熱流密度受到其他所有微元表面溫度以及相對位置的綜合影響。在輻射冷項板逐漸加載冷量的過程中，熱源周圍的渦流是逐漸形成的。
　　本文的創(chuàng)新性工作主要有:
　　(1)建立了混凝土埋管式輻射冷頂板房間內(nèi)有熱源參與的非穩(wěn)態(tài)輻射換熱模型;
　　(2)建立了混凝土埋管式輻射冷頂板房間內(nèi)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、輻射與自然對流的耦合換熱數(shù)值模型并予以求解;
　　(3)對混凝土埋管式輻射頂板系統(tǒng)在夏季供冷時封閉空間內(nèi)的動態(tài)