U型毛细管网辐射板顶板辐射供冷空调系统研究

摘要

毛细管网辐射供冷空调系统作为一种低能耗、高舒适性的新型空调方式得到了越来越广泛的研究和工程应用，但是在实际推广中也遇到了一些瓶颈，主要是结露问题、供冷能力不足问题和一次性投资问题。当辐射板表面温度低于室内空气露点温度时，会出现结露现象，因而也制约了辐射板的供冷能力，并导致一次性投资增加。影响毛细管网辐射板供冷能力的因素主要有辐射板自身的结构性因素、运行因素、室内环境温度等，本文针对这三种因素对毛细管网辐射板供冷能力的影响展开研究，建立了U形石膏毛细管网辐射板的三维流-固耦合模型，采用数值模拟软件Fluent模拟毛细管网辐射板表面温度分布规律，通过改变席长、管间距、石膏层厚度等参数，找出影响该种辐射板换热性能的关键性结构因素，通过大量模拟计算，探寻有利于提高石膏毛细管网辐射板供冷能力的最佳结构参数或范围;并在此基础上，研究供水温度、供水流速、室内温度等因素对石膏毛细管网辐射板供冷性能的影响。模拟研究表明:(1)结构性因素中，U型毛细管网石膏辐射板的单位面积供冷量随管间距和石膏层厚度的增大而降低，受席长影响很小，管间距由10mm增加到40mm，辐射板单位面积供冷量减少18.5W/m2;石膏层厚度由10mm增加到25mm，辐射板单位面积供冷量减少27.61 W/m2;席长增加1000mm，辐射板单位面积供冷量只减少1.14 W/m2;侧边界条件对辐射板供冷量也有一定影响，侧面绝热比侧面直接接触空气时辐射板下表面温度低0.3℃。(2)运行因素中，U型石膏毛细管网辐射板的单位面积供冷量随供水温度降低而增大，改变供水流速对辐射板单位面积供冷量影响很小，供水12℃比供水20℃时辐射板单位面积供冷量增大64.89W/m2;供水流速0.1m/s比供水流速0.5m/s时，辐射板单位面积供冷量只降低了1.48W/m2。(3)毛细管网辐射板单位面积总供冷量随室内温度的升高而增大，室内温度28℃比室内温度23℃时，辐射板单位面积供冷量增大42.28W/m2。
　　 本研究搭建了毛细管网顶板辐射供冷空调系统实验台，将石膏毛细管网辐射板制作成模块化结构，吊装于实验小室顶部，采用辐射吊顶+置换通风/贴附射流模式，通过LabVIEW程序自动控制，以优先控制结露为原则，实验测试了U10石膏毛细管网辐射板在不同供水温度、不同送风方式下，辐射板表面温度分布情况和室内温度分布;并比较了在相同测试条件下U型石膏毛细管网辐射板和U型金属毛细管网辐射板在辐射板表面温度分布和供冷效果方面的差异。实验结果表明:金属辐射板表面温度分布的不均匀度比石膏辐射板小;金属辐射板表面温度最不利点位于辐射板供水口附近，石膏辐射板表面温度最不利点位于辐射板中心部位，应以最不利点温度为依据控制结露;辐射板制冷量受管密度影响较大，相同供水温度下，U10石膏毛细管网辐射板的单位面积供冷量比U20毛细管网金属辐射板高15 W/m2左右;降低供水温度可以显著提高辐射板供冷量，在没有结露危险时，可通过降低供水温度使室内温度在短时间内降低，四十分钟左右即有明显效果;在室温控制方面，金属毛细管网辐射板较石膏毛细管网辐射板反应迅速，在相同条件下，安装金属辐射板的房间比安装石膏辐射板的房间可提前十分钟左右达到设定温度，金属辐射板由于对水温变化反应迅速，可以达到很好的控制精度;石膏辐射板较金属辐射板具有一定的蓄冷能力，可在夜间向室内释放剩余冷量，使空调关闭后室温升高缓慢。模拟结果和实验结果比较吻合。本研究所得结果可以为毛细管网辐射供冷空调系统的设计施工以及进一步研究提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究背景

1．1．1 传统空调存在一些问题

1．1．2 毛细管网辐射供冷的优势

1．2 研究现状

1．2．1 国外顶板辐射供冷空调系统研究现状

1．2．2 国内顶板辐射供冷空调系统研究现状

1．3 本研究内容及意义

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容及方法

第二章 毛细管网辐射末端数值模拟

2．1 毛细管网辐射末端形式

2．2 数值模拟

2．2．1 模拟软件介绍

2．2．2 模型建立

2．2．3 网格划分

2．3 Fluent数值求解

2．3．1 边界条件和初始条件

2．3．2 定义材料属性

2．3．3 Fluent求解器求解计算

2．4 辐射板供冷量计算方法

2．5 模拟结果分析

2．5．1 不同管席长度对辐射板供冷能力的影响

2．5．2 不同管间距对辐射板供冷能力的影响

2．5．3 不同石膏厚度对辐射板供冷能力的影响

2．5．4 侧面边界条件对辐射板供冷能力的影响

2．5．5 不同供水温度对辐射板供冷能力的影响

2．5．6 不同供水流速对辐射板供冷能力的影响

2．5．7 不同室内温度对辐射板供冷能力的影响

2．6 数值模拟结论

第三章 毛细管网辐射供冷空调系统实验研究

3．1 毛细管网辐射供冷空调系统实验原理

3．1．1 毛细管网辐射供冷空调系统新风形式

3．1．2 毛细管网辐射供冷空调水系统形式

3．1．3 辐射供冷空调系统基本控制方法

3．1．4 辐射供冷空调系统结露问题的解决措施

3．2 实验台介绍

3．2．1 水系统

3．2．2 风系统

3．2．3 自动控制系统

3．2．4 测量仪器及精度

3．2．5 热电偶标定

3．3 实验内容

3．3．1 实验参数设置

3．3．2 测试内容

3．4 实验结果分析

3．4．1 两种辐射板表面温度分布规律分析

3．4．2 两种毛细管网辐射板供冷量分析

3．4．3 安装两种毛细管网辐射板小室室内温度变化分析

3．4．4 毛细管网辐射板蓄冷能力分析

3．5 实验结论

3．6 数值模拟与实验结果对比分析

第四章 总结与展望

4．1 结论

4．2 研究展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢