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复合式中央空调系统中地板供冷对流换热系数的实验研究

复合式中央空调系统中地板供冷对流换热系数的实验研究 2011年12月09日 来源： 　　目前，地板供暖技术因具有节能、舒适的特点，在我国北方地区的应用日益广泛。北京、山东、黑龙江等地区为此制定了相关的地方法规。与此同时，对地板供冷的研究也得到相应的重视，这意味着减少了供冷／暖的初投资和运行费，也扩大了使用地域的范围。地板辐射冷暖中央空调有可能成为一种新兴的户式空调方式。　　１　复合式空调系统设计方案　　 地板辐射冷暖空调系统是将换热盘管埋设于细石混凝土中，冬季４０℃～６０℃的低温热水在管中循环流动，加热整个地面，使地表面温度保持在２５℃～３２℃左右，通过地表面的辐射和小部分对流向室内散热。夏季通入１２℃～１８℃的冷水，使地表面温度保持在１９℃～２５℃左右，从而对室内空间进行冷却。　　 长江中下游地区及沿海地区气候通常闷热潮湿，室外露点温度较高，典型城市如南京。据南京市气象局提供的资料显示，２００１年七月份室外露点温度超过２５℃的发生时数占该月时数的４７．６％；八月份室外露点温度超过２５℃的发生时数占该月时数的２０．２％。如果地面温度低于与之相接触的空气露点温度，则会在地表面出现结露现象，为避免这种情况的发生，可以增加一套对室内空气进行除湿的系统。笔者认为置换通风系统是一套比较理想的除湿系统，地板供冷与置换通风相结合用于夏季供冷，可以起到比较好的空调效果。在冬季，置换通风系统也可为房间提供新风从而有效改善室内空气质量。该复合系统的示意图见图１所示。一般而言，置换通风系统按承担的湿负荷大小及满足人体所需新风量的要求进行设计，地板供冷系统承担室内主要负荷，一般占到８０％左右。　　２　地板供冷的数学描述　　地面以对流和辐射的方式向室内空间传递冷量。ｔｓ为地表面的温度；ｔｓｔ为冷水埋管外壁温度，近似认为埋管所在的第二层温度均匀，等于埋管外壁的温度；ｔｆｐ为埋管内冷水平均温度（如图２所示）。ｔｆｐ＝（ｔ０＋ｔｅ）　　（１） 其中，ｔ０为供水温度，ｔｅ为回水温度。埋管与地板的总换热量为Ｑｚ＝ｃｗｍｗ（ｔｅ－ｔ０）　　（２） 其中，ｃｗ为冷水比热容，ｍｗ为冷水流量。另外：Ｑｚ＝Ｆ１Ｆｇｕ（ｔｓｔ－ｔｆｐ）　　（３） 其中，λｇ，δｇ为埋管的导热系数与厚度，Ｆｇｕ为单位地板内埋管表面面积，根据管间距及管径确定。由方程（１）、（２）、（３）可以得到：ｔｓｔ＝＋（ｔｅ＋ｔ０）　　（４） 对流换热量为：Ｑｃ＝α１Ｆ１（ｔα－ｔｓ）　　（５） 其中，α１为地面与室内空气的对流换热系数；Ｆ１为地面面积；ｔα为工作区内空气平均温度；ｔｓ为地表面的温度。辐射换热量Ｑｒ的计算由于房间内各表面温度不同，引入平均辐射温度Ｔｍ ｒ ｔ（ｍｅａｎ ｒａｄｉａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）的概念。假定地面向理想表面辐射冷量，理想表面的发射率与温度使其能够接受与真实表面一样多的冷量，则理想表面的温度定义为平均辐射温度。εσ（Ｔ４ｍ ｒ ｔ－Ｔ４ｓ）Ｆ１＝Ｊｉφｉ，１Ｆｉ－ε１σＴ４ｓＦ１　　（６） 其中，Ｆｉ（ｉ＝２→６）为除地面外房间其它各表面的面积，根据角系数的互换性：φｉ，１Ｆｉ＝φ１，ｉＦ１　　（７） Ｊｉ（ｉ＝２→６）为离开除地面外房间其它各表面的有效辐射量，Ｊｉ＝εｉσＴｉ４＋ｐｉＧｉ　　（８） 大多数室内壁面建筑材料都具有较高的发射率，ｐｉ＝０，并近似认为各εｉ相等，εｉ＝ε１＝ε，方程（８）可以变换为Ｊｉ＝εｉσＴｉ４　　（９） 将方程（７）、（９）代入方程（６），得到 Ｔ４ｍ ｒ ｔ＝Ｔ４ｉφ１，ｉ　　（１０） 工程上近似认为Ｔｍ ｒ ｔ＝Ｔｉｆｉ　　（１１） 其中，ｆｉ＝，以各表面所占的面积份额代替该表面对地面的角系数。所以地面与房间内其它表面的辐射换热量为Ｑｒ＝　　（１２） 其中，Ｆ２→６为除地面外房间其它各表面的总面积；ε２→６为除地面外房间其它各表面的平均辐射发射率；φ１，２→６＝１，近似认为ε１＝ε２→６＝０．９５。根据地面处热量守恒：ｃｐ１ρ１δ１＝＋－（ｔｓ－ｔｓｔ）　　（１３） 其中，ｃｐ１，ρ１，λ１，δ１为第一层混凝土的比热容、密度、导热系数及厚度。根据埋管处热量守恒：ｃｐｇρｇδｇ＝（ｔｓ－ｔｓｔ）＋（ｔｂｏ－ｔｓｔ）－Ｆｇｕ（ｔｓｔ－ｔｆｐ）（１４） 其中，ｃｐｇ，ρｇ为埋管的比热容、密度；λ２，δ２为第三层混凝土的导热系数、厚度；根据室内空气热量守恒：ｃｐαραＶα＝－α１Ｆ１（ｔα－ｔｓ）＋Ｋ０Ｆｗ（ｔｚ－ｔα）－Ｋ′０（ｔｚ－ｔα）（１５）其中，ｔｚ为综合温度，Ｋ０＝　　　　　　　　　Ｋ′０＝α′１，α′２为房间四周维护结构内外侧对流换热系数；α″１，α″２为屋顶内外侧对流换热系数；Ｒｄ，ｐｊ，Ｒｗ分别为四周维护结构及屋顶平均热阻。对复合式空调系统，一楼用户换热埋

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