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严寒地区某被动房复合系统传热特性及优化模拟研究

卢文靖  
【摘要】:近年来,德国的被动房技术在国内不断地被推广应用。被动房围护结构保温性能较高,室内环境及热舒适备受关注。本文采用数值模拟方法,分析严寒地区代表性城市——哈尔滨市某被动房辐射供暖/供冷-置换通风复合系统的室内环境状况,提出合理的改善建议。首先,建立了被动房顶棚辐射供暖传热模型,并分别模拟供水温度为30℃、31℃、32℃三个工况时表面温度分布情况,与实验数值进行对比,验证模型的可靠性。其次,利用建立的辐射供暖传热模型,模拟回型布管方式和平行型布管方式辐射顶棚表面温度分布。结果表明,采用平行型盘管布置方式,表面最大温差是6.5℃;而采用回型盘管布置方式时,顶棚表面最大温差为1.7℃,建议在辐射供暖/供冷系统设计时采用回字型布管方式。同时模拟分析了供水温度、管间距、管径、管内流速及管道埋深对顶棚辐射供暖/供冷系统传热特性的影响。并进行了影响因素灵敏度分析,发现供水温度对供暖量的影响程度最大,其次是管径、管内流速,当进行优化设计时,应优先考虑供水温度。第三,建立了辐射供暖/供冷+置换通风复合系统耦合传热模型。并针对地板供暖+置换通风(系统1)、顶棚供暖+置换通风(系统2)、地板+顶棚供暖+置换通风(系统3)三种复合系统进行了室内热环境与热舒适的分析比较。结果表明:系统1的水平温度场较均匀;三种复合系统人员活动区域垂直温差均不超过3℃;三种系统人员头部会出现吹风感;不同位置的平均辐射温度差值很小,在人感觉热舒适的范围之内;系统1的PMV值水平变化梯度较小,系统3整体PMV值偏大。最后,利用正交试验,分析不同复合系统的供水温度、送风温度和送风速度等影响因素对室内热环境的影响,确定了最优组合方案,并针对辐射顶棚、地板表面温度进行了探讨。结果表明:系统1冬季最优方案组合为:供水温度28℃,送风温度18℃,送风速度0.35m/s,夏季最优方案组合为:供水温度20℃,送风温度25℃,送风速度0.5m/s;系统2冬季最优组合方案为:供水温度28℃,送风温度18℃,送风速度0.35m/s,夏季最优方案组合为:供水温度20℃,送风温度25℃,送风速度0.5m/s;对于该被动房,本文辐射地板表面温度推荐值为23~26℃,辐射顶棚表面温度推荐值为24~26℃。


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