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对流-辐射型墙面板供冷性能研究

陈施佳  
【摘要】:近些年来,空调供冷系统主要有以对流换热为主的中央空调或分体式空调供冷和以辐射换热为主的辐射冷板供冷。为了将两种供冷方式的优势结合起来,国内外学者提出多种复合空调供冷系统,将对流与辐射换热两种形式结合起来,但是复合系统的劣势在于需要两套空调系统,成本和运行费用较高。因此本课题提出一种对流-辐射型墙面板,将两种换热形式有效地结合于一套系统中,并通过实验测试和数值模拟两种方法分别测试其在纯辐射和强制对流+辐射模式下供冷性能参数和室内热环境变化,并通过理论计算分析该墙面板在不同条件下的负荷适应性,为实际工程的应用提供参考。首先设计并搭建对流-辐射型墙面板供冷实验台,完成设备选型、实验测点布置及温度传感器的标定。在人工微气候实验室,开展对流-辐射型墙面板在纯辐射模式下的供冷性能实验,研究室内空气达到不同状态下墙面板的供冷性能和室内热环境变化。实验结果表明:供水温度越高,室内空气达到设计温度26℃所需时间越长,墙面板表面平均温度越高,墙面板换热量越小;当供水温度为18℃,室内空气达到稳定状态耗时约4h,室内工作区平均温度为24.7℃,墙面板总换热量为131.5W,三种换热量均小于空气达到设计温度时刻下数值,室内垂直温差和PMV值均满足舒适度要求。其次利用CFD数值模拟对墙面板在强制对流+辐射模式下的供冷性能和室内热环境进行研究,并探究送风速度和辐射板表面温度对其影响,模拟结果表明:墙面板供冷性能随着送风速度的增加而增大,随着辐射板表面温度的升高而减小。当送风速度为1.0m/s,辐射板表面温度为22℃,室内PMV值为0.1,舒适度最高;当辐射板表面温度为18℃,引入强制对流后墙面板总换热量提升44.6%,室内温度和风速分布更加均匀,PMV由-0.23变为-0.21,热舒适有所提高。最后通过理论计算分析墙面板的负荷适应性,结果表明:强制对流+辐射模式下送风速度为1.0m/s时,墙面板在温和地区和严寒地区可满足新风冷负荷,适应性较强,在夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的负荷适应性较弱;引入新风系统后,新风系统承担冷负荷比例越大,墙面板理论面积减小的越快,辐射板的金属耗量越小,单位面积负荷适应性越强。


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