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采暖用电热膜的研究与室内热工性能分析

殷昊  
【摘要】:鉴于传统集中采暖方式热量损失大、易污染环境等缺陷,寻找一种既节能又减排的采暖方式已日益成为专业人士研究和发展的方向。电热膜采暖有室内热舒适性高、电热转换率高、采暖费用低、易于控制、清洁能源等优点,受到业内专家学者的普遍关注。 产品从研发生产到实际应用是一个连续的过程,也是多个学科领域共同研究的结果。电热膜产品从研发到应用主要涉及材料和暖通两个领域,对这两个领域进行学科交叉研究,才能更好地了解电热膜产品的室内热工性能,研制出更符合大众需求的采暖产品。 本文设计了多种电热膜用导电油墨配方,根据这些配方制作出不同尺寸的电热膜样品,并对样品的电热性能进行测试。结果表明:矩形样品尺寸为300mm×15mm,基体树脂与导电填料比例分别为6:4和5:5时,样品在交流220V电压下通电10分钟,表面发热温度分别稳定在40℃和50℃左右,这两种配方的电热膜样品分别适用于地面采暖和墙面采暖。 选择与实验样品的表面发热温度和功率密度一致的电热膜,对电热膜地暖系统和墙暖系统进行室内热工性能实验测试,测试对象包括升温时间、待测点温度、24小时内的工作频率和耗能。结果表明,电热膜采暖室内升温时间短,温度分布均匀,具有良好的可行性和舒适性。 以计算流体力学为理论基础,建立了实验房间的物理模型,并用Fluent软件对电热膜的采暖过程进行动态仿真,仿真结果与实验测试数据基本一致,验证了仿真模型的有效性。结果表明,电热膜采暖室内大部分区域的温度分布均匀,采暖性能也明显优于对流式采暖;同时由于电热膜地暖的地板温度较高,舒适性也会好于墙暖,更好的满足了人们对于“头凉脚热”的温度需求。 利用有效的仿真模型对不同温控方案下的电热膜采暖过程进行仿真,计算出24小时内电热膜的工作时间。在分室分时的温控方案下,对北京地区电热膜采暖的平均费用进行预测,结果表明电热膜采暖的费用低于集中供暖,能够实现节能减排。


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