毛細(xì)管網(wǎng)吊頂輻射空調(diào)和新風(fēng)耦合性能探究

1、毛細(xì)管網(wǎng)吊頂輻射空調(diào)和新風(fēng)耦合性能探究摘要：對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)研發(fā)及供冷性能進(jìn)行測(cè)試, 并應(yīng)用fluent數(shù)值模擬，對(duì)毛細(xì)管輻射供冷末端與置換通 風(fēng)和貼附射流兩種通風(fēng)方式加以耦合，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其模 擬模型對(duì)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有相關(guān)適用性，并應(yīng)用了該相關(guān)模 型。結(jié)果表明：兩種不同的送風(fēng)方式下，房間的三度均能滿 足舒適性要求，當(dāng)熱濕負(fù)荷突然增加時(shí)，如不采取相應(yīng)的響 應(yīng)動(dòng)作，毛細(xì)管輻射板表面將會(huì)有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，置換通風(fēng) 較為嚴(yán)重，相同的新風(fēng)條件下，貼附射流的通風(fēng)方式，對(duì)于 消除輻射板結(jié)露效果明顯。關(guān)鍵詞：毛細(xì)管輻射；新風(fēng)耦合；數(shù)值模擬；防結(jié)露中圖分類號(hào)：tu831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1674-9944

2、(2013) 10-0253-031引言目前，大部分國(guó)內(nèi)住宅選用空調(diào)，采用強(qiáng)制性對(duì)流空調(diào), 此類空調(diào)方式很容易產(chǎn)生室內(nèi)溫度分布不均，比較強(qiáng)烈的吹 風(fēng)感和噪聲感，并且對(duì)流換熱在有溫差的前提下進(jìn)行，而輻 射換熱則克服了上述弊端1。20世紀(jì)90年代中期，德國(guó)開 發(fā)研制了聚丙烯毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)，之后法國(guó)英國(guó)和巴西等國(guó)家 開始對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)的研究，研究成果顯著2。在國(guó) 內(nèi)北京某公司與北京化工大學(xué)合作，成功實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管的國(guó) 產(chǎn)化，為毛細(xì)管在國(guó)內(nèi)的推廣建立了基礎(chǔ)35。本文以毛 細(xì)管網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)合兩種不同的送風(fēng)方式并進(jìn)行對(duì)比，對(duì)于以 后的復(fù)合系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣提出了建議和支持，對(duì)于實(shí)際應(yīng) 用的開展有一定的指導(dǎo)作用

3、。2毛細(xì)管網(wǎng)輻射板結(jié)構(gòu)的確定與其供冷性能的測(cè)試2. 1毛細(xì)管網(wǎng)輻射板結(jié)構(gòu)的確定目前輻射板的形式主要有3種，一種是金屬輻射板，此 類板目前國(guó)內(nèi)外研究相對(duì)較多，比較成熟。另一種是與建筑 物一體化，預(yù)制于建筑頂板或者地板內(nèi)，此類輻射板需要與 建筑開發(fā)商商榷，并且在房屋建成后業(yè)主不能自主選擇。本 實(shí)驗(yàn)選擇的是尚無同一結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管網(wǎng)輻射板。采用fluent數(shù)值模擬，模擬不同的管間距，不同的供 回水溫度，水流量條件下輻射板表面溫度分布，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè) 試進(jìn)而優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。通過建立gambit模型，毛細(xì)管網(wǎng)直接 接觸輻射板，接觸部分設(shè)置成流體-固體耦合邊界條件，利 用subtract命令和split命令把毛細(xì)管輻

4、射板與進(jìn)水管， 出水管區(qū)分開（圖1）。在boundary conditions面板中，對(duì)inlet進(jìn)行設(shè)置， 模擬不同的溫度和速度下輻射板表面的溫度分布，此時(shí)輻射 板邊界條件的設(shè)定是對(duì)流和輻射的復(fù)合邊界條件。結(jié)果如圖 2所示。結(jié)果表明，管間距越小，板表面的溫度分布也越均勻，溫度梯度也越小，當(dāng)管間距較大時(shí)，板表面的溫度差值比較 大，分布不均勻，目前市場(chǎng)上毛細(xì)管產(chǎn)品管間距一般在10 30mm之間，通過選取典型數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，在額定溫差8°c 6。通過圖3,可以看出管間距從1020mm,制冷量下降了 約24%,而價(jià)格卻降低了 50%左右，當(dāng)管間距為30mm時(shí)，單 位面積的供冷量?jī)H為51w/m

5、2,在最不利負(fù)荷時(shí)可能無法滿足 室內(nèi)舒適度，因而管間距選取20mmo當(dāng)供水溫度16°c,回 水溫度18£時(shí)，供水溫度取17°c,毛細(xì)管輻射板隨著供水 流量的增加，單位面積制冷量也隨之增加，但考慮到泵的能 耗，以及當(dāng)水流量大于0. 46m2/h以后，單位面積制冷量增 加緩慢，供水流量選取0.46m2/ho最終，板的結(jié)構(gòu)選取鋁鎂合金板，厚度2mm,表面噴漆 白色環(huán)氧樹脂粉末，具有直排沖孔，直徑3. 5mm，沖孔率為 8%,孔的覆蓋率為83%o背板以發(fā)泡塑料保溫層覆蓋，背板的厚度為3mm,保溫棉的厚度為8mm,毛細(xì)管網(wǎng)的規(guī)格為u2 實(shí)際產(chǎn)品圖如圖4所示。2.2毛細(xì)管網(wǎng)輻

6、射板供冷性能測(cè)試為了進(jìn)一步研究此毛細(xì)管輻射板的供冷性能，本實(shí)驗(yàn)對(duì) 該該輻射板采用德國(guó)din en 14240標(biāo)準(zhǔn)的妥思空調(diào)設(shè)備（蘇 州）有限公司實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了輻射制冷量的測(cè)試7 。擬合輻射板的冷量與有效溫差之間的曲線關(guān)系，通過改 變工況，測(cè)試該新型毛細(xì)管網(wǎng)輻射板在標(biāo)準(zhǔn)狀況下 （at=8°c）的額定制冷量為64. 5w/m2,能夠滿足辦公建筑 夏季冷負(fù)荷的70%90%。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其控制方案的選定3. 1實(shí)驗(yàn)臺(tái)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的介紹本實(shí)驗(yàn)選用天津市某高校制冷空調(diào)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室尺寸 為5mx3mx2. 3m,墻壁和屋頂為50mm厚的聚苯彩鋼板，其 中南墻為建筑物的外墻。實(shí)驗(yàn)室吊頂采用毛細(xì)管網(wǎng)金屬

7、輻射 板，尺寸為：1500x800x40mm,共計(jì)9塊，采用u20型毛 細(xì)管。主要采用兩種不同的送風(fēng)方式：貼附射流和置換通風(fēng), 室內(nèi)中心送風(fēng)口為置換通風(fēng)送風(fēng)口，其北側(cè)為模擬人體散熱 裝置，南側(cè)使用swema舒適儀，可以測(cè)試三種不同高度的風(fēng) 速，一個(gè)相對(duì)濕度感應(yīng)器，一個(gè)黑球溫度探頭。左右側(cè)貼附 射流的風(fēng)口上邊緣離地面的高度為1.8m,布置如圖5所示。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與條件見表lo其水路系統(tǒng)如圖6所示，熱泵機(jī)組的低溫冷凍水被分成 2部分，一部分進(jìn)入板式熱交換器，進(jìn)而進(jìn)入2個(gè)小室中的 毛細(xì)管吊頂輻射板進(jìn)行換熱，利用冷源側(cè)安裝的三通調(diào)節(jié)閥 將供水溫度控制在15179；另一部分冷水供應(yīng)重力循環(huán)柜 和空氣處理單

8、元（普通空調(diào)機(jī)組），其可以直接利用冷水機(jī) 組的供水（58£）,不需要再進(jìn)一步調(diào)節(jié)，各測(cè)試空間的 流量利用流量計(jì)、流量平衡閥進(jìn)行調(diào)節(jié)控制8, 9。3. 2控制方案的選定應(yīng)用labview語(yǔ)言編寫了數(shù)據(jù)采集和控制程序，數(shù)據(jù)采 集可以包括溫度、相對(duì)濕度、壓力、二氧化碳等熱工參數(shù)及 顯不。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析在橫向共布置了三排熱電偶，均在輻射板中心位置，分 別距離地面0. im, 0. 6m, 1. im和1. 7m,同時(shí)在冷卻頂板板 面也布置了鉗電阻溫度傳感器用于測(cè)量板面溫度（圖7）。4. 1貼附射流氣流組織下溫度實(shí)驗(yàn)分析受貼附射流氣流組織影響，12的垂直溫度梯度，是這 種送風(fēng)方式下的最不利位

9、置，在0. im處冷氣流出現(xiàn)了下沉, 溫度較低，貼附射流風(fēng)口 200x200,受貼附射流送風(fēng)范圍的 限制，0.6m和1. im的位置受輻射板的影響較大，整體溫度 較低，在1.7m這一高度，接近送風(fēng)口，送風(fēng)速度較大，氣 流分布均勻，與設(shè)定溫度的差值很小。由圖8可以看出4個(gè)不同高度處的9個(gè)水平溫度測(cè)量值于模擬值的整體 趨勢(shì)是一致的，進(jìn)深越大溫度也越高，這是由于南向有兩扇 窗戶，主要受輻射影響。模擬數(shù)值高于實(shí)測(cè)值，主要是在實(shí) 際情況下，地板溫度較低，有換熱，而在模擬模型的建立， 除了南向外墻外窗外，其余的邊界條件都設(shè)置成絕熱。4.2貼附射流送風(fēng)方式下測(cè)試房間速度分布以及pmv-ppd1-2和3-2點(diǎn)

10、溫度偏差值較大，主要是實(shí)驗(yàn)過程中在此 處放置了兩個(gè)熱源模擬人體散熱，對(duì)周圍的空氣有一定的熱 影響，z=0. 6m處情況與之類似，但是在1-3、2-3. 2-3位置 由于此高度上雙貼附射流風(fēng)口送風(fēng)出現(xiàn)了回流，模擬值較 低，在實(shí)際測(cè)試房間內(nèi)由于放置了 swema等儀器，對(duì)房間內(nèi) 氣流有一定的熱擾動(dòng)，且測(cè)溫?zé)犭娕加幸欢ǖ臏囟日`差，但 是整體趨勢(shì)是相似的，z=l. 1 m處，放置熱源的位置溫度值較 大（表2）05結(jié)語(yǔ)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出以下幾點(diǎn)。（1）貼附射流 與置換通風(fēng)兩種送風(fēng)方式，結(jié)合此新型毛細(xì)管的空調(diào)系統(tǒng)， 室內(nèi)工作溫差均小于31,滿足is07730在工作區(qū)內(nèi)溫度差 小于3。（2的要求，是

11、符合舒適性標(biāo)準(zhǔn)的。（2）貼附射流送風(fēng)方式下，冷輻射頂板的供冷能力相 對(duì)較高，兩種送風(fēng)方式下，均有一定的輻射板向上部傳熱量, 貼附射流時(shí)由于送風(fēng)與輻射板接觸，輻射板背板的溫度也相 對(duì)較低，向上部的傳熱損失量相對(duì)于置換通風(fēng)送風(fēng)方式下較 多。（3）結(jié)合ni工業(yè)計(jì)算機(jī)的控制程序可以有效地避免毛 細(xì)管輻射板的結(jié)露現(xiàn)象，對(duì)于后續(xù)控制程序的開發(fā)起到一定 的輔助性作用，增加了此類型板的市場(chǎng)推廣。（4）雖然貼附射流情況下房間溫度較低，但由于分布 均勻，并沒有出現(xiàn)如置換通風(fēng)情況下olm附近較冷的熱舒 適感覺。模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間存在一定的差距，但是最大 誤差值在工程允許范圍內(nèi)，故經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證該模型具有準(zhǔn)確 性，為其

12、他情況的模擬提供了依據(jù)。(5) 運(yùn)用此模型模擬當(dāng)室內(nèi)熱濕負(fù)荷增加，貼附射流 送風(fēng)方式下的結(jié)露面積小于置換通風(fēng)，調(diào)整送風(fēng)量時(shí)，對(duì)于 兩種送風(fēng)方式下的結(jié)露現(xiàn)象有一定的改善但不明顯，調(diào)整送 風(fēng)參數(shù)來消除室內(nèi)熱濕負(fù)荷，貼附射流下結(jié)露現(xiàn)象要小于置 換通風(fēng)。致謝：感謝韓國(guó)國(guó)土海洋部尖端城市開發(fā)研究項(xiàng)目的資 金支持。參考文獻(xiàn)：1 koo s y, kim y y, seok h t, etal. a study on the applicability of radiant cooling using ondoljkoreanjournal of air-conditioning and refrigera

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14、協(xié)會(huì).2007年全國(guó)塑料管道生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù) 推廣交流會(huì)，北京：全國(guó)塑料協(xié)會(huì)，2007.4 徐紹宏無規(guī)共聚聚丙烯(ppr)毛細(xì)管網(wǎng)的研制j. 暖通空調(diào)，2008, 38 (增刊)：2125.5 張旭，隋學(xué)敏輻射吊頂?shù)募夹g(shù)特性及應(yīng)用j.供 熱制冷，2008 (9)： 3235.6 史德福，陳華，金梧鳳，等輻射頂板供冷性能測(cè) 試方法和計(jì)算方法j.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2012 (4).7 loveday dl , parsons kc , taki ah , et al. displacement ventilation environments with chilled ceilings： thermal comfort design within the context of the bs en