地板辐射冷暖系统建模方法及传热性能研究

With the development of radiant floor system engineering applications, some engineering problems have been gradually becoming urgent, such as how to match the terminal of a radiant floor system both for cooling in summer and heating in winter, how to avoid room overheated or condensation in floor surface, how to meet the need of indoor thermal comfort by chosing the control method. All these problems are closely related to thermal performance of the floor. Therefore, it is very important and necessary to study the heat transfer process of the floor, and obtain the regulation and characteristics of heat transfer to solve these problems..As the core component of heat transfer in radiant floor system, the floor can be regarded as one kind of special heat exchanger. Based on the basic theory and parameters of heat exchanger, thermal performance can be analyzed and evaluated. It is different from conventional radiators, and the floor is also one of envelopes of the building, which surface temperature not only determines its heat exchanged with indoor environment, and also has a decisive impact on the level of the thermal comfort of indoor environment..For this reason, aim for the heat resistance and temperature distribution of the floor, some crteative work have been conducted, including the mathematics model of floor heat transfer, thermal performance and thermal design method.

随着地面辐射系统工程应用的开展，如何匹配一套地板末端以供冬夏季冷暖工况的联合应用，如何解决地板供暖房间的过热和供冷地板的凝露问题，如何解决在满足房间热舒适性要求的条件下地面辐射系统的控制等问题逐渐凸显出来。这些工程问题都与地板传热特性紧密相关，因此对地板的传热进行细致的研究，获得其传热规律以及特性对解决上述问题有着重要意义。.和常规散热器不同之处在于，作为传热构件的地板同时也是房间的重要围护结构，其表面温度不但决定了其和室内环境的换热量，并对房间的热环境水平有着决定性影响。为此，在前述的实际工程问题背景下，本研究在传热机理分析基础上，针对性分析地板作为换热器的热阻问题和其作为围护结构的表面温度分布情况，主要在地板传热的数学模型建立，热工计算方法和地板热工性能评价等进行创新性研究。

本项目在传热机理分析基础上，针对性分析地板作为换热器的热阻问题和其作为围护结构的表面温度分布情况，主要在地板传热的数学模型，热工计算方法和地板热工性能评价等方面进行了探索。.本项目主要针对该系统冷暖联供条件下的参数匹配、地板供冷条件下地板传热性能和地板的热惯性等问题进行了实验研究。通过实验研究，初步明确了地板结构参数，供水参数对于地板传热性能的影响，并为理论分析准备充分的验证数据。建立了辐射地板的的准一维传热模型，可基本预测地板结构、供水参数对于地板表面平均温度的影响。以热阻理论分析为基础，应用热阻串联方法，将多层地板结构当量为单层均匀地板结构，提出辐射地板传热分析的当量热组阻法，在当量热阻模型的基础上，考虑饰面层多样性，将多层地板传热问题化为工程常用的三层地板传热模型，最后提出了多层地板传热方程的解析解，结合盘管流动方向的一维传热模型，求解了地板三维传热问题，并利用实验数据和数值模拟进行了验证，结果显示计算结果符合良好，可较精确求解地板各结构层温度分布情况和地板层蓄热量。.基于传热过程分析和传热模型计算结果，分析了冷暖地板传热热阻。结合换热器热工计算的基本理论，提出地板传热效能值ε，分析了其和传热单元数NTU的关系，首次提出了ε-NTU地板热工计算方法，并和ASHRAE手册的图算法和表算法进行了对比，并对两种设计方法的设计结果进行了数值验证，为地板热工计算提供了新的思路；提出地板热工性能评价指标，如，用地板热阻和地板散热量衡量地板总体传热情况，地板表面温度分布密度衡量各地板表面温度面积比率，为辐射地板房间热环境和安全运行提供支持。本项目提出的热工计算方法和地板热工性能评价指标可为地面辐射冷暖联供系统的优化设计提供参考。