基于人體工效的低溫供暖與新風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用研究.pdf

1、在能源、健康與環(huán)境問題日益嚴(yán)重的當(dāng)今世界,使辦公人員在健康、舒適及低能耗的室內(nèi)熱環(huán)境中保持最大的工作效率將成為辦公建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制的目標(biāo)。低溫供暖與新風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)作為能夠營造健康、舒適及低能耗室內(nèi)熱環(huán)境的暖通空調(diào)系統(tǒng)之一,非常具有潛力和應(yīng)用價(jià)值,將成為今后暖通空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。本課題以低溫供暖與供新風(fēng)辦公房間為研究對(duì)象,圍繞著室內(nèi)熱環(huán)境與人體工作效率及房間熱負(fù)荷三者之間的關(guān)系,對(duì)基于人體工效的低溫供暖與新風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、理論及應(yīng)用相關(guān)問題展開深入研究。
　　基于熱力學(xué)第二定律和Gagge的人體熱平衡模型,建立了人體平衡模型,并導(dǎo)出了人體損計(jì)算式。以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),分析了冬季典型辦公房間中室內(nèi)操作溫度及人體熱感覺對(duì)人體損和人體工效的影響。結(jié)果表明:當(dāng)室內(nèi)操作溫度變化范圍為17~28℃或室內(nèi)人體熱感覺變化范圍為-1.0~1.4時(shí),人體損變化曲線和人體工效變化曲線變化趨勢(shì)正好相反并呈?x‘形狀,并當(dāng)室內(nèi)操作溫度等于19℃或人體熱感覺等于-0.56時(shí)

3、,人體損達(dá)到最小,人體工效達(dá)到最大。
　　實(shí)驗(yàn)研究了低溫輻射地板供暖系統(tǒng)分別與混合通風(fēng)系統(tǒng)和置換通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)合時(shí)辦公房間室內(nèi)熱環(huán)境及新風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效率。結(jié)果表明:當(dāng)輻射地板表面溫度變化范圍為25~29℃、送風(fēng)溫度變化范圍為15~19℃及新風(fēng)量等于224l/s時(shí),低溫輻射地板供暖與混合通風(fēng)房間室內(nèi)垂直溫差較小,不超過1℃,新風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效率大約為1.0,而低溫輻射地板供暖與置換通風(fēng)房間室內(nèi)垂直溫差較大,最大能達(dá)到4℃,新風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)

4、效率為1.1左右。
　　基于室內(nèi)空氣流動(dòng)特性分別建立了合理的低溫供暖與混合通風(fēng)房間室內(nèi)溫度預(yù)測(cè)模型和低溫供暖與置換通風(fēng)房間室內(nèi)溫度預(yù)測(cè)模型,指出了房間室內(nèi)計(jì)算溫度計(jì)算式與用于評(píng)價(jià)室內(nèi)熱環(huán)境的室內(nèi)操作溫度計(jì)算式之間存在差別,并以人體工效最大時(shí)的室內(nèi)操作溫度為基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)房間室內(nèi)計(jì)算溫度進(jìn)行了修正,發(fā)現(xiàn)當(dāng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷在20~50W/m2之間變化時(shí),低溫供暖與混合通風(fēng)房間室內(nèi)計(jì)算溫度修正值大約為0.4~1.0℃,而低溫供暖與置換通風(fēng)房間

5、室內(nèi)計(jì)算溫度修正值大約為0.6~1.2℃。
　　建立了以多次交叉翅片管作為散熱核心部件的低溫強(qiáng)制對(duì)流散熱器傳熱模型,導(dǎo)出了逆流和順流兩種流體流動(dòng)趨勢(shì)時(shí)多次交叉翅片管換熱器傳熱單元數(shù)(NTU)計(jì)算式。以低溫供暖常用的二次交叉翅片管低溫強(qiáng)制對(duì)流散熱器為例,發(fā)現(xiàn)當(dāng)供水溫度變化范圍為45~60℃及熱水流量變化范圍為50~110kg/h時(shí),由本課題推導(dǎo)的計(jì)算式(ε-NTU法)和前人推導(dǎo)的計(jì)算式(LMTD法)計(jì)算的散熱器傳熱系數(shù)相差不超過5％

6、。對(duì)低溫強(qiáng)制對(duì)流散熱器傳熱系數(shù)影響因素進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)散熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)不變時(shí)熱水流量的變化對(duì)散熱器傳熱系數(shù)的影響較大,而平均傳熱溫差的變化對(duì)散熱器傳熱系數(shù)的影響較小。
　　建立了基于形狀因子的低溫輻射地板散熱量計(jì)算等效熱阻模型,與基于HEAT2軟件的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:當(dāng)熱水管上端填充層厚度變化范圍為25~65mm、管間距變化范圍為50~300mm及熱水平均溫度變化范圍為25~45℃時(shí),本課題提出的基于形狀因子的

7、等效熱阻模型散熱量計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差均小于5%。對(duì)低溫輻射地板散熱量影響因素進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)熱水管上端填充層厚度的變化對(duì)低溫輻射地板散熱量的影響較小,而管間距和熱水平均溫度的變化對(duì)低溫輻射地板散熱量的影響較大。
　　提出了形式簡(jiǎn)單的低溫供暖與新風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行控制策略,并導(dǎo)出了低溫強(qiáng)制對(duì)流供暖系統(tǒng)和低溫輻射地板供暖系統(tǒng)供水溫度調(diào)節(jié)關(guān)系式。以某一典型辦公建筑中低溫供暖與混合通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)為研究對(duì)象,基于TRNSYS軟件

8、數(shù)值模擬研究了室溫設(shè)定值的變化對(duì)哥本哈根地區(qū)、北京地區(qū)及哈爾濱地區(qū)三個(gè)典型氣候區(qū)房間室內(nèi)人體熱感覺、室內(nèi)人體工效及系統(tǒng)能耗的影響。結(jié)果表明:僅考慮室內(nèi)人體工效時(shí),低溫強(qiáng)制對(duì)流供暖與混合通風(fēng)房間在哥本哈根地區(qū)、北京地區(qū)及哈爾濱地區(qū)最佳室溫設(shè)定值分別為19℃、17℃及19℃,低溫輻射地板供暖與混合通風(fēng)房間在哥本哈根地區(qū)、北京地區(qū)及哈爾濱地區(qū)最佳室溫設(shè)定值分別為18℃、17℃及18℃。
　　通過本課題的研究,為營造健康、舒適、低能耗及高