低温热水辐射地板动态散热特性研究-论文.pdf

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1、第46卷第3期西安建筑科技大学学报(自然科学版)、，0L46NO．32014年6月J．XianUniv．ofArch．&Tech．(NaturalScienceEdition)Jun．20l4低温热水辐射地板动态散热特性研究马超，刘艳峰，王登甲，刘加平2(1．西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2．西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安710055)摘要：根据地板二维非稳态散热过程数值分析发现，在常用辐射供暖地板结构下，系统停止运行后13h左右，地板散热趋于稳定，2Oh后可认为地板散热过程结束．为了便于工

2、程上辐射地板散热量计算，把地板二维非稳态散热数学模型简化为一维散热数学模型．通过一维解析解与二维数值解对比分析，发现两者差异在1．5％之内．通过对地板散热数学模型求解分析：获得了系统停止运行后不同填充厚度地板表面平均温度变化率最大值出现时间；填充层厚度越大，地板动态散热越稳定；厚度大于60mm时，温度变化率已无明显差异．关键词：辐射地板；散热特性；表面温度；温度变化率中图分类号：TU832．1文献标志码：A文章编号：1006—7930(2014)03—0416—06低温热水辐射地板供暖系统因节能及舒适等特性被广泛应用于住宅

3、、办公及商业等民用建筑．这种供暖方式可方便地实现各用户供暖系统相互独立，各房间自成系统，可适用于间歇供暖建筑uJ．辐射地板是低温热水地板辐射供暖系统中的散热部件，其表面温度和表面散热量是此类系统设计计算中最重要的参数之一．由于地板具有较大热惰性，地板辐射系统间歇运行时，地板表面温度及散热量受地板散热和蓄热影响较大．掌握地板动态散热过程中地板散热量和表面温度对研究间歇运行供暖系统的调节控制、地板结构参数选择有着重要意义．数值计算和理论分析是辐射供暖地板热过程分析的常用方法．数值计算方法对分析地板结构层厚度、盘管间距、盘管水温

4、等设计和运行参数对地板散热性能和地板结构优化设计起到了重要作用。。．然而，数值计算方法在实际工程中较难适用．理论分析中，Kilkis于1992年提出的稳态平面肋片模型最为经典，该模型将盘管之间地板上表面按传热肋片处理lJ川，并对肋片效率进行了修正．众多学者在稳态平面肋片模型基础上进行了改进¨．刘艳峰通过对肋基温度修正将模型进行了改进，提高了计算准确度，并提出当量热阻算法，便于工程计算．稳态平面肋片及其改进模型方便了辐射地板散热过程的工程计算，然而对于供暖系统间歇运行的辐射地板动态散热难以适用．本研究主要分析供暖系统停止运行

5、后，地板表面动态散热特性．利用数值计算方法对地板二维非稳态散热模型进行分析，以掌握地板散热特性与盘管间距、供回水温度、填充层厚度等设计和运行参数间的对应关系．鉴于地板二维散热模型难以进行地板表面温度和散热量理论计算，对二维非稳态散热数学模型进行简化，给出地板一维非稳态散热数学模型，方便工程应用．1地板二维非稳态传热数学模型地面层填充层研究对象选取常用的混凝土埋管式低温热水辐射地板(如图保温层1)，构造(从下到上)包括结构层、找平层、保温层、填充层、结构层地面层以及防水层等，盘管位于填充层中_Jl1J．由于防水层很薄，在地板

6、传热分析中可忽略这层结构；地面层和填充层材料热工参数相近，在传热物理模型中将地面层归入填充层中圳．_、。地板辐射供暖系统房间周边地板多采用保温措施，周边断面_I面积远小于地板表面积，其中只有少部分与外围护结构相连，所以可认为地板周边绝热．同时管道下面铺设保温层，为简化计算，因此近似认为保温层和结构层接触面为绝热面．图1为热水辐射图1低温热水辐射地板结构物理模型Fig．1Physicalmodellowtemperature地板结构物理模型．waterradiantfloor收稿日期：2013—12—16修改稿日期：2014

7、—06．10基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金博导类(20116120110006)；陕西省教育厅自然专项基金(2013JK0985)作者简介：马超(1983一)，男，博士研究生，主要从事太阳能热利用及建筑节能研究．E-mail：machao9108@163．tom第3期马超，等：低温热水辐射地板动态散热特性研究417本文采用的二维传热计算单元模型以盘管中心界面到两盘管中心界面为模型两侧边界，地板上表面和保温层与结构层接触面为模型上下边界J．辐射地板二维非稳态传热数学描述：导热微分方程c~_Lt：C／fl篓—‘+十—

8、1l(L1l)式中：口为地板热扩散率，m2／s．定解条件：(1)边界条件1)由于地板内的管道假设为对称，对于每一个计算单元，沿轴方向的两个边界近似认为是绝热面：鱼I：I：0(2)1瑚／式中：，为盘管间距，m．2)地板上下表面边界条件根据低温地板辐射采暖系统的特点，地板表面与室内围护结构各表面和室内空气进