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热管地板辐射供暖基础理论研究

谢慧  
【摘要】: 以热虹吸管替代塑料管的地板辐射供暖系统是一种高效、节能、环保的新型采暖系统,其研究和应用在国内外鲜有报道,有很多问题值得商榷研究。为此,本文对热管地板辐射供暖进行了系统而全面的基础研究,主要内容如下: 1.串联热虹吸管热工性能的实验研究 对用于热管地板辐射供暖的热虹吸管在串联连接时的传热性能进行了测试,实验结果表明:用于低温地板辐射供暖时,热管的合适倾角为1~2?、蒸发段长度为110mm、串联方式为D型。此外,拟合实验数据得到了计算热管传热量和冷凝段壁面温度的经验公式。 2.热管地板准三维非稳态传热模型的建立与性能分析 ①根据热管地板传热过程的特点,建立了热管地板准三维非稳态传热模型,并采用有限容积法进行数值求解。②对不同结构热管地板的传热过程进行模拟,计算结果表明:随着供回水平均温度升高、流量增加、管间距减小、填充层厚度减小、地面材料导热系数增大,热管地板的表面散热量和温度均增加;但是,导热系数小的地面材料以及较大的管间距,反而使得整个地板的蓄热性能变好。③将热管地板与塑料管地板进行比较后发现:热管地板的传热效率高于塑料管地板,供水温度可降低4~6℃,故可利用低品位的自然热源,或采用较大的管间距;此外,热管地板的蓄热性能优于塑料管地板,具有升温快降温慢的特点。 3.热管地板辐射供暖房间动态传热模型的建立与室内热环境和房间能耗分析 ①根据热管地板辐射供暖房间室内热过程特点,建立了热管地板辐射供暖房间的动态传热模型,并采用有限容积法进行数值求解。②分别模拟不供暖房间、热管地板辐射供暖房间、塑料管地板供暖房间以及散热器供暖房间的室内热环境和房间能耗,计算结果表明:采用热管地板辐射供暖后,室内热环境得到明显改善,并且在达到相同热舒适度的条件下,室内设计温度可比散热器供暖低2~4℃;热管地板辐射供暖相对于散热器供暖的节能率在10~30%以内,相对于塑料管地板辐射供暖的节能率在10%以内。 4.热管地板辐射供暖实验研究 利用热管地板辐射供暖与地下水源热泵联合运行实验台,在不同工况下对热管地板的温度分布、散热量、室内空气温度、地下水源热泵机组的性能进行了测试,实验结果表明:①热管地板传热效率高,且具有良好的蓄热性能;②供暖房间室内空气竖向温度梯度小;③对热管地板传热模型和房间动态模型进行验证,模型结果与实验数据吻合良好,证明了模型的正确性;④与热管地板辐射供暖联合运行时,地下水源热泵不但可以满足供暖系统的要求,而且机组的运行性能良好。


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