新型薄型供暖地板热工性能研究

摘要

随着以低碳排放为特征的舒适节能型绿色建筑的发展和可再生能源与低品位热能开发利用技术进步及供热收费制度的改革，低温热水地面辐射供暖作为舒适节能、适合低品位热能利用、便于分户热计量的供暖方式，在越来越得到广泛应用的同时，出现了诸多问题亟待解决。
　　 本文通过分析比较各种地面辐射供暖构造的特点，采用理论分析与实验相结合方法，研究新型轻、薄、便于施工检修、适应性广的新型供暖地板构造及其热工性能，为地板供暖技术进步提供技术支持。
　　 对本课题组前期新型薄型供暖地板构造选材进行优化，对样板间实验系统进行改造，试验研究了热工特性及供暖房间的热环境，得出不同热水平均温度和流量下，新型薄型供暖地板构造地板表面温度分布、单位面积散热量、非加热表面温度、室内温度、预热时间及其规律。
　　 建立新型薄型供暖地板构造的物理模型和数学模型，采用有限单元法，应用ANSYS软件，对样板间实验测试条件下的新型薄型供暖地板构造热工性能进行数值模拟，将数值模拟结果与实验进行比较，得出对数值模拟的修正。
　　 对新型薄型供暖地板构造进行优化，采用有限单元法，应用ANSYS软件，研究了不同水温、不同管径、管间距、保温层、导热膜厚度参数，对地板构造热工特性的影响，得出适合工程要求的导热膜厚度与保温层厚度，为《北京市地面辐射供暖技术规程》相关条文制定和条文说明提供了参考依据。
　　 对新型薄型供暖地板优化构造，基于北京市地面辐射供暖技术规程给定的计算条件，模拟了五种供回水平均温度、四种室温下，两种管材、三种管径和保温厚度、五种管间距下，薄型供暖地板构造地面的热工性能，得出《北京市地面辐射供暖技术规程》附录B2散热量及热损失计算选用表，为北京市地面辐射供暖技术规程的编制提供了有价值的数据资料。
　　 提出新型多功能薄型供暖地板构造，并对其热工性能进行数值模拟，与新型薄型供暖地板比较表明，该种构造技术经济性能更好，不仅具有新型薄型供暖地板优点，还具有承压能力高和适应各种面层等突出优点，更具有推广应用前景。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

1.绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1全球能源形势与低碳经济

1.1.2我国能源政策与建筑能耗现状

1.1.3我国供暖方式应用现状及低温热水供暖技术的优势

1.2低温热水地面辐射供暖技术国内外研究发展状况

1.2.1辐射供暖

1.2.2低温热水地面辐射供暖

1.2.3低温热水地面辐射供暖技术国外研究发展状况

1.2.4低温热水地面辐射供暖技术国内研究发展状况

1.2.5常规低温热水地面辐射供暖地板构造研究状况

1.3课题来源

1.4主要研究内容与方法

2.新型薄型供暖地板实验系统改造与测试方法

2.1实验系统改造

2.1.1新型薄型供暖地板构造实验条件

2.1.2实验系统及所用仪器设备

2.2实验测试方案

2.2.1实验方法

2.2.2主要参数测取与测试方法

2.2.3测点布置

2.3实验数据整理

2.3.1温度

2.3.2热流密度

2.3.3热水循环系统的供热量

2.3.4地板表面温度均匀性

2.3.5测试条件

2.3.6实验步骤

3.实验测试与结果分析

3.1实验测试结果

3.1.1地板表面温度及散热量

3.1.2室内空气温度

3.1.3非加热表面温度

3.1.4热水进出口温差、流量与压差

3.2实测结果与分析

3.2.1稳定供暖状态下实验处理结果

3.2.2不同水温和室内外温度下地板上下表面的复合换热系数

3.2.3水循环系统的供热量

3.2.4地板表面温度梯度

3.2.5供回水平均温度与温差对地板表面温度及热流密度的影响

3.2.6室内空气温度与非加热表面加权平均温度的差值

3.3本章小结

4.新型薄型供暖地板数学模型与边界条件的确定

4.1数学模型

4.2边界条件分析与确定

4.2.1地板上表面边界条件的确定

4.2.2加热管内壁边界条件

4.2.3楼板下表面边界条件

4.3空气夹角中边界条件

5.预置沟槽供暖板地板构造热工性能数值模拟

5.1有限元法与ANSYS软件

5.1.1有限单元法的特点

5.1.2 ANSYS软件

5.1.3 ANSYS稳态热分析

5.2数值模拟对象和条件

5.3 ANSYS热分析数值求解过程

5.3.1定义单元类型和材料性能参数

5.3.2创建几何模型

5.3.3加载求解

5.3.4后处理

5.4数值模拟结果与分析

5.4.1实验条件下供暖地板温度分布的数值解

5.4.2数值模拟地板表面热流密度分布

5.5数值模拟与实验结果的比较

5.5.1地板表面平均温度随水温变化

5.5.2地板表面热流密度随水温变化

5.5.3地板表面温度梯度随水温变化

5.5.4地板上下表面温度实测值与模拟值比较

5.6考虑接触热阻后的实验值与模拟值的误差分析与比较

5.6.1考虑接触热阻时模型的建立

5.6.2考虑接触热阻时数值模拟结果与实验值结果比较

5.7本章小结

6.预制沟槽保温板热水供暖板优化与分析

6.1计算对象与条件

6.1.1计算对象

6.1.2计算条件

6.1.3计算方法

6.1.4考虑楼下地板表面有覆盖物遮挡时的复合对流换热系数

6.2数值模拟结果

6.2.1各种材料结构下数值模拟

6.2.2模拟结果温度分布云图

6.3各参数对数值模拟结果影响分析

6.3.1相同管径下，保温层厚度对地表温度分布及散热量损失的影响

6.3.2管间距对供暖地板散热性能的影响

6.3.3管径对地表温度分布的影响

6.3.4铝箔厚度对地板热工性能的影响

6.4金属导热层位置对热工性能影响

6.4.1数值模拟条件

6.4.2计算结果与分析

6.5本章小结

7.北京市地面辐射供暖规程计算条件下模拟与结果分析

7.数值模拟计算任务及条件

7.1.1数值模拟计算任务

7.1.2非加热表面温度的确定

7.1.3数值模拟物性参数的设定

7.2数值模拟结果与分析

7.2.1数值模拟散热量计算结果

7.2.2地板散热量随水温变化的规律

7.2.3水温及室温对地板热工性能的影响

7.3本章小结

8.新型多功能薄型供暖地板热工性能数值模拟

8.1新型多功能薄型供暖地板的提出

8.2新型多功能薄型供暖地板数值模拟条件

8.3新型多功能薄型供暖地板模拟结果与分析

8.4本章小结

9.结论

参考文献

附录：编入北京市地暖规程的计算结果

在校期间研究成果

致谢