基于辐射供冷系统换热机理的冷负荷计算方法研究

Cooling load calculation is the basic in designing and sizing any air-conditioning systems. The cooling load theory and method are developing to meet new demands with the evolution of air-conditioning systems. Radiant cooling systems is a potential technology in building better indoor climate and reducing building energy consumption, the spread of this technology puts forward new requirements for cooling load calculation method. However, currently there does not exist a suitable cooling load calculation method for radiant cooling systems, which is an urgent question to be solved in its application. To our knowledge, existing studies have improved current cooling load calculation to varying degrees, yet them have not touched the key issue in cooling load calculation: calculating cooling load conversion process from room heat gain. In this project, a theory-experiment combined study will be conducted, and we will arrive at a suitable cooling load calculation method to meet the heat transfer mechanism and design requirement of radiant cooling systems. We will: 1) first divide the heat gain and cooling load calculation process in a reasonable way, and establish the quantitative relations between room heat gain and cooling load; 2) then, verify the heat gain and cooling load conversion model through experimental data; 3) finally, based on the design demands, write programs to calculate room heat gain and cooling load conversion model for radiant systems. The research will help improve cooling load calculation theory and methods, and will lay a foundation for the application of radiant cooling systems.

冷负荷是空调系统设计选型的基础，其理论与计算方法也随着空调技术的发展而进步。辐射供冷系统是创造良好室内热湿环境和减少建筑能耗的新型空调，它的兴起也对冷负荷计算提出了新的要求。现行冷负荷计算方法已不再适用于辐射供冷系统的换热机理与设计需求，而缺少合适的冷负荷计算方法是制约该系统应用的关键因素之一。现有研究在传统方法基础上进行了不同程度地改进，但尚未触及冷负荷计算的核心：辐射供冷房间得热量及其转化为冷负荷的过程。本课题拟采用理论与实验相结合的方法，研究一套符合辐射供冷换热机理的冷负荷计算方法，以弥补现行冷负荷计算方法的不足。针对辐射供冷系统复杂的冷负荷转化过程，课题拟将房间得热量与冷负荷的计算进行合理分离，分别建立房间得热量、及其转化为冷负荷的数学模型；再对理论模型开展实验验证与优化；最后开发出辐射供冷系统冷负荷计算软件。本研究将有助于完善冷负荷计算理论，并能为辐射供冷系统的应用奠定技术基础。

（1）项目背景：辐射供冷系统是创造良好室内热湿环境的新型空调，它的兴起也对冷负荷计算提出了新的要求。冷负荷是空调系统设计选型的基础，其理论与计算方法也随着空调技术的发展而进步。传统冷负荷计算方法已不再适用辐射供冷系统的换热机理与设计需求，而缺少合适的冷负荷计算方法是制约该系统应用的关键因素之一。现有研究在传统方法基础上进行了不同程度地改进，但尚未触及冷负荷计算的核心：房间得热量及其转化为冷负荷的过程；（2）主要研究内容、重要结果、关键数据：本项目采用理论与实验相结合的方法，提出了三套符合辐射供冷换热机理的冷负荷计算方法，以满足不同设计阶段、不同辐射末端的设计需求，完成了项目预期目标。在初步设计阶段，以热平衡方法为基础，定义并提出了辐射供冷系统冷负荷修正系数法；在方案设计阶段，针对热惯性小的辐射末端如辐射顶板，提出了辐射与对流时间序列理论与计算方法；针对热惯性大的辐射末端如辐射地板，提出并验证了改进辐射时间序列方法。上述三种方法具有准确性高、物理过程清晰和计算步骤简单等优点，满足工程设计需求。同时，建立了全尺寸人工环境舱，开展了辐射与对流空调动态换热特性的实验对比研究。此外，开发出了辐射供冷系统冷负荷计算软件；（3）科学意义：传统空调的冷负荷理论基础假设所有冷负荷以对流形式进行转化，本研究将其拓展为辐射与对流的一般形式，完善了空调冷负荷理论。同时解决了辐射供冷系统的冷负荷量化问题，为辐射供冷系统的应用奠定基础；（4）研究成果：已发表学术论文6篇，其中SCI检索论文3篇，中文期刊论文1篇，会议论文2篇，另有1篇论文正在审稿中；申请计算机软件著作权3项，1项已获批准，2项审理中；应邀做学术报告3次；参编行业技术规程1部；赴伯克利SinBerBEST开展为期1年11个月国际合作交流工作；建设全尺寸人工环境模拟舱一套。