261 采用低温冷水的地板埋管辐射供冷结露问题的仿真研究

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1、采用低温冷水的地板埋管辐射供冷结露问题的仿真研究哈尔滨工业大学市政学院唐勇辉姜永成摘要：以设有地板埋管供冷系统+独立新风系统的办公室为研究对象，介绍了设地板埋管系统的空调房间的动态传热传湿模型的建模机理，并作了相应的简化建立了数值计算模型。用数值仿真的方法，分别仿真出了设置混水泵和不设混水泵两种工况下的采用低温冷冻水的地板埋管供冷的壁面温度，并与室内露点温度比较，对比了两个不同工况下的仿真结果，分析研究后得出地板埋管系统采用低温冷冻水供冷室内含湿量变化不大的前提下可不设置混水泵，辐射壁面也不会结露。关键词

2、：地板埋管供冷、数值仿真、露点温度、结露、混水泵0、引言由于辐射空调系统与对流空调系统相比拥有较高的热舒适性及节能性[1~3]，故近年来对辐射空调的使用也越来越广泛，在辐射空调系统中，夏季辐射壁的结露问题是一个亟待解决的问题。一般设计为了保险起见，均要求冷水温度高于室内露点温度0.5～1℃，如此一来，只能选取高温冷水来供冷，限制了辐射空调的冷却能力[4]。地板埋管供冷系统可否采用低温冷水来供冷而保证辐射壁不结露呢？本文通过对地板埋管系统的传热机理的分析，建立地板埋管供冷系统的仿真模型，通过模型仿真来研究这

3、个问题。1、地板埋管供冷系统的分析及建模本文研究的系统为地板埋管供冷系统，如图1所示包括一个带外墙的房间和埋地供冷盘管。采用《建筑热过程》中介绍的墙体分层计算方法计算维护结构的动态传热，采用有限差分一维动态传热方程来分层计算[5]。对每一面维护结构建立一个微分方程组，建模机理均是依靠能量守恒定律并且考虑材料蓄热，反映了传热的动态特性。图1房间模型示意图及地板墙体细部构造图为了反映水管的动态传热特性，考虑地板埋管的管内存水的蓄热性，将水管差分为10段串联的水管，逐段采用集中参数进行计算，在最后一段的集中参数

4、即为地板埋管的出水温度。在此处不采用对数传热温差，是因为该模型反映了动态特性，而动态边界条件可能会出现对0取对数而导致计算中断的情况；而算术平均温差，其物理意义就是错误的，计算时可能会出现热量从低温传到高温的错误情况。采用分段计算方法，能够准确地反应传热的动态趋势，计算结果与实际结果也只是精度上的区别。为了真实反映出地板各处温度的不均匀性，将地板均分为10块，与10段盘管一一对应。水管与垫层的传热本应为三维动态传热，为了简化模型，以至于更方便的求出模型的逐时解，垫层与水管相接触的那个曲面取一个集中温度来替

5、代曲面的温度场，将其简化为一维动态传热，地板块与地板块之间无热量传递。房间各维护结构所采用的建筑材料的参数如表1所示，房间的开间为4m，进深为5m，层高为3.5m，门的尺寸为2m×1.2m，窗的尺寸为1.5m×1.5m。表1各维护结构所用建筑材料的参数列表维护结构导热系数厚度比热密度外侧表面换热系数内侧表面换热系数材料W/(m2℃)mJ/(kg℃)kg/m3W/(m℃)W/(m℃)外墙0.930.02840180018.68.7水泥砂浆0.810.248801800砖墙0.290.121590627泡沫混

6、凝土0.930.028401800水泥砂浆内墙0.930.0284018008.78.7水泥砂浆0.810.248801800砖墙0.930.028401800水泥砂浆天花板0.930.0284018008.78.7水泥砂浆1.840.047502344碎石混凝土1.540.078402400钢筋混凝土0.930.028401800水泥砂浆窗0.760.00484025008.78.7玻璃门0.110.0219303778.78.7红松门地板0.930.0284018008.78.7水泥砂浆1.540.0

7、78402400钢筋混凝土0.930.028401800水泥砂浆找平0.0310.02210050聚苯乙烯保温1.840.067502344碎石混凝土0.930.028401800水泥砂浆房间采用地板埋管系统+新风系统的复合系统，空调送风用于除去室内的余湿及满足室内的新风需求，同时也负担一部分室内的冷负荷，地板埋管系统的用电磁阀根据室温反馈进行ON/OFF控制，即在一个控制周期内调节占空比。房间的温湿度计算也采用集中参数，考虑灯光照明、人员、设备散热等内扰因素及与维护结构的对流换热和空调系统的送风，根据能

8、量守恒定律及质量守恒定律建立室内温度及湿度的微分方程。0、低温冷水供冷的仿真模拟地板埋管系统采用低温冷水来供冷，设计思路是在地板埋管入口设电磁阀及混水泵，用壁面温度与露点温度来进行防结露控制，在电磁阀开启的时间段内若壁面温度减去0.5℃后的值低于室内露点温度时开启混水泵；用设定值与室温的偏差控制电磁阀开启时间，即改变电磁阀的占空比，电磁阀关闭时水泵也停止运行[6]。此策略的防结露控制是开启混水泵，末端仍按定流量运行。系统如图2