置换通风加毛细管地板辐射空调的模拟研究

　　摘要:节能环保以及室内环境的舒适性是现代暖通空调技术发展的一个基本趋势.毛细管辐射空调由于其舒适性高、导热能力快、不占用建筑使用空间、节能效果明显等优点越来越受人们的关注.在此背景下，提出通过建立置换通风+毛细管地板辐射的热传导模型，数值模拟该复合空调供给的热湿环境参数，并与实验测得的温度、湿度、速度、PMV、PPD值进行对比，得出不同供水温度与换热量的关系，分析该复合空调的供冷能力.该研究为促进供暖/供冷一体化技术在长春地区的发展应用提供一定的参考价值.

　　关键词:节能环保;置换通风;毛细管地面敷设;辐射供冷;数值模拟

　　1供冷实验设计

　　本实验室地点在吉林建筑大学城建学院超低能耗示范建筑研究基地进行，以201办公室为模拟原型，采用了温湿独立控制的置换通风+毛细管地板辐射空调系统，毛细管承担室内的显热负荷，置换新风承担室内的潜热负荷;毛细管管材是PP-R管，规格为4.3mm×0.8mm，干管规格是20mm×2mm，毛细管长度1000～6000mm，每50mm为一档，宽度为150600mm，每50mm为一档.每个环路流量不大于4L/min.新风由组合式全热交换新风加除湿机组处理后送至各个房间，送风形式高位回风，地面送风并设置明装静压箱;房间面积为36m2，房间尺寸为6000mm×6000mm×3600mm(长×宽×高)，门尺寸1200mm×2500mm(宽×高)，外窗尺寸2700mm×2000mm(宽×高);以上述实验室为模拟依据.

　　2系统原理及研究现状

　　2.1系统原理

　　辐射空调是一种新颖的空调形式，与传统对流换热相比，加大了人体与维护结构之间的辐射换热，并通过围护结构蓄热达到建筑节能以及增强室内舒适性的作用[1].置换通风+毛细管辐射的复合空调，通过置换通风方式用干燥新风调节室内湿度，通过辐射末端用高温冷热水调节室内温度;辐射末端承担室内的显热负荷，置换通风承担室内的湿负荷，湿热独立控制.毛细管网辐射系统是一种模仿植物的叶脉组织和人体的毛细血管散热原理而发明的采暖/制冷末端系统.辐射产生的能量一部分会直接投射到人体表面，另一部分则投射到房间其他物体表面;所以辐射传热量受辐射表面、人体、围护表面及室内其他物体的表面温度、相对位置、几何形状及辐射特性的影响[2].

　　置换通风的优势借助热空气密度差原理，利用室内空气污染物的浮升特性，以自然对流方式来调节室内空气，使得室内温度分层、污染物浓度分层，将余热和污染物置于人员头顶以上高度，从而保证人员活动区有良好的空气品质[3].置换通风优势的发挥取决于流场的分布，不同因素对系统的影响将通过其分层的高度反映出来.

　　2.2研究现状

　　探索辐射空调的系统能耗和热舒适性方面已有许多学者开展了研究.大连理工任宇婷对辐射制冷的传热机理进行研究，简化人体热平衡方程得出显热散热量，辐射对流散热率和热舒适性之间的关系[4].沈阳建筑大学王李子对空气源热泵的直接地板辐射采暖系统进行研究，该系统以使用制冷剂作为传热介质，直接进入室内毛细管进行冷凝和放热，最后得出了影响其传热的个别因素[5].

　　W.Olesen根据用户反馈的舒适度，结合使用条件和系统能耗，为地板辐射制冷技术提供部分设计数据[6].H.Imanari等将顶板辐射制冷系统与传统的对流空调系统进行了比较，反映了辐射冷顶板系统的经济性、节能性和热舒适性[7].天津大学那艳玲基于计算流体动力学的(CFD)模型模拟辐射顶板加置换通风系统，并与正常通风系统的室内热环境和人体热舒适性进行对比.结果表明，冷却顶板加置换通风系统可以有效降低室内温度梯度，提高人体的热舒适度[8].西安理工大学严振华从工程设计和实验验证提出了一种将蒸发冷却与辐射冷/热相结合起来的空调系统[9].

　　梁秋锦等实验测试毛细管网络辐射冷却系统，分析三种不同的毛细管网络敷设方法的室内热参数.结果表明，三种铺设在冷却稳定时均可以满足≤28℃的舒适度要求[10].王梅杰等研究不同气候带、辐射末端供热的节能性，并在相同的舒适条件下与对流供热进行了节能对比分析.对比结果表明，在相同的舒适条件下辐射供暖比对流供暖更节能，并且不同气候带对辐射采暖节能效果的影响差异较大[11].综上所述，室内的热湿环境参数包含室内空气平均温度、空气湿度、空气流速以及人体与地面、顶板、墙壁、家具等的辐射换热，其中人与环境之间的辐射换热往往存在不对称性，这使得室内热环境变化更复杂[12].

　　3模拟过程及结果分析

　　3.1模拟软件Airpak简介

　　Airpak软件适用于暖通空调、供热、供燃气通风等工程领域，是一款专业的用于分析人工环境的软件.Airpak软件可以通过综合考虑各种可能的内扰动因素并设定边界条件以及初始条件来反映气流的分布情况对气体流动、温度场、PMV、PPD等室内热舒适性衡量指标.

　　3.2模拟过程及结果分析

　　3.2.1模拟过程(1)建立置换通风+毛细管地板辐射的热传导模型，加入求解所需要的初始条件，设置对应的物理参数、边界条件.(2)选择适当的算法，设定具体的控制变量，数值模拟室内热舒适性得出夏季工况下的室内温度场分布、速度场的分布，舒适性指标PMV-PPD值.3)优化设计性能，分析提出更合适的设计值.通过与实验数据对比，来验证所设定的数学模型及边界条件的正确性.

　　在实验测定下得出毛细管地板辐射供冷在达到供冷稳定阶段时的室内热环境情况;实验期间长春市室外最高温度为28.2℃，最低温度为21.8℃，在人员活动区纵向设定5个不同高度红外监测点，测点布置高度分别为0.2、0.75、1.5、1.75和2m.测定平均辐射温度下对应辐射表面的热流密度，得出在管径为4.3mm、管间距为40mm时，供水温度为19℃、流速为0.15m/s;送风温度为18.5℃、风速为0.3m/s，室内舒适性较好.

　　3.2.2模拟结果分析

　　(1)室内温度分布.由数据显示来看，温度分布的模拟值与实验测量值变化趋势相同.室内空间在毛细管表面的空气层温度分层情况比较明显，这是由于辐射面附近的空气与辐射面发生对流换热，空气温度降低，密度大的空气下沉，积聚在人员活动区，在X=3m的垂直方向上，工作区内最大温差为1.25℃.由于新风的引入，造成了室内水平方向的扰动，加大了室内的水平温差.屋顶设置有两个日光灯，因此该截面上顶部温度较高.同时外窗侧温度较高，冷空气下沉不明显，而在内墙侧冷空气下沉较明显.

　　(2)室内速度场的模拟结果，对模拟结果进行分析可知，置换新风在进入室内形成空气湖，在地面铺开，新风进入室内后的速度衰减是比较均匀，当碰到障碍物时向两边，扩散继续衰减.室内的大部分区域风速小于0.1m/s，在人员活动区的最大风速是0.13m/s，均小于0.3m/s，不会有吹风感.

　　(3)PMV、PPD的模拟结果分析.PMV共七级-3～3分别表示热、温暖、较温暖、适中、较凉、凉冷，规范规定PMV=±1，PPD值不大于27%，人体冷热感觉满足舒适要求.

　　4结论与展望

　　4.1结论

　　综合比较得出，地板毛细管辐射系统的实验值与模拟值变化趋势相同且吻合度较好.空气对流加地板辐射的复合换热对人体的作用温度近乎相等，是实际工程中较优的选择.(1)室内设置热湿源如有实验人员、电脑也在不断发热，因此该区域温度较高[13].垂直高度最高温度为27.5℃，最低温度为24℃，实验实测室内人员活动区平均温度为26.5℃，而模拟结果室内人员活动区温度在25.25℃左右，模拟结果与实验结果误差小于2℃.(2)可以看出室内速度场也呈现了较为对称的形式.相比于实验值，室内产生冷空气的速率较略升高，明显看出由于新风的引入，加剧了房间的扰动.

　　(3)整个实验房间在垂直方向上的PMV值略有升高，在靠近地板附近的PMV值随着高度的升高而升高.同时预测不满意率的PPD值较低，满足规范规定的人体热舒适性值.(4)由于模拟优化的室内条件是辐射毛细管面积为全部地面的满铺，假定辐射表面的温度是均匀的，把辐射表面看成是一个恒温的稳态边界，使实验条件下的人员活动区温度要高于模拟条件下的平均室内温度1.7℃左右.

　　4.2展望

　　(1)本文只针对置换通风加毛细管地板辐射的夏季工况进行了研究，而在严寒地区冬季供热是必不可少的，接下来还将继续对冬季工况进行深入研究.(2)本文仅对不同供水温度的实验值与优化后模拟值进行了分析，影响毛细管辐射换热量的因素繁多，如辐射末端的构造、管间距、埋深及敷设面积等因素可就其他因素进行分析.(3)本文采用了温湿独立的全热回收机组，以高位送风低位回的新风送风形式，可就其他送风形式进行研究.

　　参考文献

　　[1]马龙霞.地源热泵与毛细管辐射末端复合系统的能效实验与模拟分析[D].武汉:华中科技大学，2017.

　　[2]张璨.顶板多孔对流辐射空调的换热特性研究[D].株洲:湖南工业大学，2015.

　　[3]胡小倩.辐射供冷与置换通风复合系统室内热环境特性研究[D].重庆:重庆大学，2017.

　　[4]任雨婷，端木琳，金权.基于等效温度的工位空调环境下热舒适区研究[J].暖通空调，2016，46(5):101-107

　　空调安装论文范文：空调新风系统处理方式的优缺点分析

　　摘要：本文主要介绍药厂的新风处理方式，并以某药厂为例，讨论不同新风处理方式的优缺点，不同新风处理方式空调箱的构成，探讨了不同的新风处理方式对运行和调试的影响。

　　关键词：药厂;洁净空调;新风;集中处理;热回收;能量回收