地面辐射末端供冷特性及运行策略的研究

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随着社会和经济的发展,人民生活水平的提升,对建筑室内空调舒适度的要求也越来越高。辐射空调系统相较于其他空调系统,具有热舒适性高、噪音小等诸多优点,冬季地面辐射供暖系统的应用已比较普遍,而夏季地面辐射供冷系统因防结露调控方式尚不成熟,使其应用范围受到影响。因此,本文针对地面辐射末端供冷运行过程中存在的辐射板表面易结露以及末端响应速度慢的问题,从辐射板表面结露特性和辐射末端传热过程这两方面展开了研究,为地面辐射末端供冷运行策略提供理论依据。首先,本文研究了空气侧参数对结露的影响,通过对结露机理的理论分析发现辐射板表面温度具备一定的过冷度是发生结露的前提条件,通过建立湿空气冷凝模型,研究了在不同环境工况下、不同过冷度对应的辐射板表面结露的延迟时间。研究发现:辐射板表面结露的延迟时间与湿空气的凝结速率呈反比,受到板表面过冷度、空气的含湿量和流速的影响在较大的范围内变化;板表面过冷度越小、湿空气含湿量越小、流速越低,延迟时间越长,越不易发生结露。其次,本文通过对地面辐射末端的供冷实验和数值模拟研究,分析了供水温度、供水流速以及混凝土层厚度对地面辐射末端表面温度分布和末端响应时间的影响。从缩短末端响应时间、有效调节辐射板表面温度、维持板表面热均匀性三个方面综合考虑,确定了将供水温度作为系统运行的调节参数,并结合末端结构层蓄冷能力逐步变小的规律,提出了供水温度先低后高阶跃变化的系统运行策略,即在系统运行初期采用低温冷水快速降低辐射板表面的温度,缩短末端响应时间,然后调整供水温度采用高温冷水维持辐射板表面温度。最后,在地面辐射末端传热模型的基础上,研究了低供水温度对末端响应时间的影响,以及供水温度阶跃变化时间和阶跃温度对地面辐射末端表面温度波动幅度以及延迟时间的影响,结合地面辐射末端表面结露延迟时间的研究,结果表明:采用供水温度阶跃变化的调节策略时,营造一个干燥的、空气扰动较小的室内环境,或采用较高的供水初始温度和及时调节供水温度的阶变时间,均可以在缩短末端响应时间的同时防止地面辐射末端表面发生结露。空气温度28℃、相对湿度小于60%的环境下,最低可以采用7℃作为地面辐射末端初始供水温度来缩短末端的响应时间,而不会引起地面结露,相较于供水温度一直保持为15℃,末端响应时间可缩短56.6%以上。空气相对湿度大于70%时,为了系统运行更加可靠、防止地面结露,建议初始供水温度最低采用11℃的,相较于供水温度一直保持为15℃时,末端的响应时间可缩短39.3%以上。
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