装配式载能空调系统复合末端特性研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oyfj2009
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空气载能辐射空调作为一种可以同时满足夏季制冷和冬季供暖需求的新型辐射空调形式,近年来的研究多围绕吊顶型应用方式,在末端构造优化、载能空气能量利用、室内环境调控方面尚有研究空间。随着装配式建筑的发展,装配式墙板因其制造效率高、装饰一体化等优点,被广泛应用于装饰集成墙面。本文以实现辐射对流优势互补、室内舒适性提升、室内空气能量分配优化为目的,提出一种基于装配式墙板的空气载能空调系统。通过理论分析、数学模型预测和数值模拟研究,分析与确定装配式载能空调系统复合末端构造参数,并对比了不同末端形式的作用效果,分析不同运行参数对冬夏一体化最优末端在换热性能、舒适性、节能性方面的影响规律并给出推荐范围。首先,根据装配式载能空调系统的工作机理,对装配式复合末端的传热过程进行理论分析。明确影响复合末端换热性能的主要因素有复合末端室内辐射面板热工参数、复合末端室内送风口形式以及复合末端的运行参数等,并基于热平衡理论关系式,构建Matlab换热求解模型。其次,对复合末端室内辐射面板材料及其换热性能进行研究,探明了装配式载能空调系统的可行性。利用Matlab预测辐射面板关键热工参数(发射率和导热系数)对复合末端换热性能的影响,结果表明发射率的升高对辐射面板辐射换热量的提升作用显著,而导热系数的作用有限。当导热系数大于1W/(m·K)时,其影响可忽略不计。结合市场应用现状,筛选出铝镁合金集成墙板、纤维素纤维水泥板以及竹木纤维集成墙板、石塑集成墙板四种市面上的墙面板材。通过Fluent模拟对比,得出导热系数1.11W/(m·K)、发射率为0.96的纤维素纤维水泥板为装配式载能空调系统复合末端室内辐射面板的推荐材料。且系统响应迅速,开启5分钟内可使室温从30℃降低到27℃,在30分钟内达到稳态。进而,对复合末端室内送风口形式进行研究,增加了送风形式的多样性,优化了装配式载能空调系统的应用效果。结果表明单、双侧不同安装方式的条缝型复合末端在夏季工况均可以营造置换通风的送风流态,并提供舒适的室内环境。当夏季条缝型室内送风口风速在0.1m/s~0.35m/s之间时,可有效避免吹风感并满足6m跨度房间的送风可及性需求。进一步探索风口形式多样性,提出孔板型复合末端。通过正交试验确定其在开孔率0.5%、孔径9mm、开孔面高度1.4m、腔体厚度50mm时可以最好地兼顾室内环境舒适性和其自身阻力特性。该构造形式出流温度、速度衰减快,工作区温度场不均匀系数为0.011、风速在0.1m/s~0.2m/s之间,温度分布均匀且无气流死区。然后,对条缝型复合末端、孔板型复合末端、混合通风传统末端的冬、夏应用效果进行对比研究,分析装配式载能空调系统的优越性。结果表明在夏季工况下,装配式复合末端的室内环境更舒适、均匀,且在辐射、对流的共同作用下,承担人体负荷的能力更强。条缝型复合末端、孔板型复合末端作用下的人体表面平均温度分别比混合通风方式低1.53℃、1.15℃,室内平均辐射温度分别比混合通风方式低1.49℃、0.89℃。在节能性方面,混合通风传统末端、条缝型复合末端、孔板型复合末端的能量利用系数分别为:1.03、1.18、1.14,装配式复合末端能更好地分配与利用载能空气。在冬季工况下,装配式复合末端在室内平均辐射温度方面较混合通风方式高约0.6℃,其PMV指标也更舒适。在节能性方面,混合通风传统末端、条缝型复合末端、孔板型复合末端的能量利用系数分别为:0.90、0.91、1.04,说明孔板型复合末端在冬季工况的应用最为合理、高效,是实现冬、夏一体化应用的最优末端形式。最后,分别对冬、夏25组不同送风速度和送风温度的运行工况进行模拟研究,确定装配式载能空调系统冬、夏一体化最优末端的运行参数推荐范围。以舒适性和能量利用系数作为评价指标,划分孔板型复合末端在冬、夏应用场景下的推荐运行参数区间,并采用TOPSIS法对各个推荐的运行方案进行排序:夏季最优运行参数为复合末端进风端口送风温度17℃、复合末端室内送风孔口送风速度3.5m/s;冬季最优运行参数为复合末端进风端口送风温度30℃、复合末端室内送风孔口送风速度2.5m/s。据此可以为不同需求的相似应用场景提供运行参数参考设计范围。
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