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太阳能相变地板辐射采暖系统的热性能研究

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摘要

主要符号表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 低温地板辐射采暖的传热机理及其优缺点

1.2.1 低温地板辐射采暖的传热机理

1.2.2 低温地板辐射采暖的优缺点

1.3 相变问题

1.3.1 建筑用相变材料的研究

1.3.2 相变问题的一般求解方法

1.4 国内外研究动态

1.4.1 低温热水地板辐射采暖系统

1.4.2 相变储能材料在建筑围护结构中的应用

1.4.3 太阳能低温辐射采暖技术的研究

1.5 本课题的主要研究内容

第二章 建筑采暖热负荷分析

2.1 建筑建模

2.1.1 建筑概况

2.1.2 DeST简介

2.1.3 建筑相关参数设定

2.2 能耗模拟结果分析

2.3 本章小结

第三章 太阳能相变地板辐射采暖系统的研究

3.1 太阳能相变地板辐射采暖的系统组成及工作原理

3.2 太阳能集热系统

3.2.1 太阳能资源的特点

3.2.2 太阳能集热器概述

3.2.3 太阳辐射的计算

3.3 相变地板辐射采暖的结构形式

3.3.1 板体机构剖面图

3.3.2 埋管布置方式的选择

3.3.3 管道长度的计算方法

3.4 本章小结

第四章 低温相变地板传热过程的模拟

4.1 低温相变地板辐射过程的传热模拟

4.1.1 物理模型

4.1.2 数学模型

4.2 CFD应用于相变传热数值计算的介绍

4.2.1 数值计算中的Solidification/Melting模型

4.2.2 CFD数值计算参数设置

4.3 本章小结

第五章 低温相变地板传热性能的分析

5.1 蓄放热时间对供暖特性的影响

5.1.1 相变材料层上表面温度分布

5.1.2 地板表面平均温度分布

5.1.3 地板表面平均热流密度分布

5.1.4 相变云图及地板层内温度场分布

5.2 相变温度对供暖特性的影响

5.2.1 相变材料层上表面平均温度分布

5.2.2 地板表面平均温度分布

5.2.3 地板表面平均热流密度分布

5.2.4 相变云图及地板层内温度场分布

5.3 供回水温度对供暖特性的影响

5.3.1 相变材料层上表面平均温度分布

5.3.2 地板表面平均温度分布

5.3.3 地板表面平均热流密度分布

5.3.4 相变云图及地板层内温度场分布

5.4 相变层厚度对供暖特性的影响

5.4.1 相变材料层上表面平均温度分布

5.4.2 地板表面平均温度分布

5.4.3 地板表面平均热流密度分布

5.4.4 相变云图及地板层内温度场分布

5.5 管间距变化对供暖特性的影响

5.5.1 地板表面平均温度分布

5.5.2 地板表面平均热流密度分布

5.5.3 相变云图及地板层内温度场分布

5.6 不同装饰层材料对供暖特性的影响

5.6.1 地板表面平均温度分布

5.6.2 地板表面平均热流密度分布

5.6.3 相变云图及地板屋内温度场分布

5.7 本章小结

第六章 太阳能相变地板辐射采暖系统的动态模拟

6.1 集热器面积的计算

6.2 采暖房间数值计算模型

6.3 采暖房间热环境的数值模拟分析

6.3.1 室内温度场分布曲线

6.3.2 室内温度分布变化云图

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

太阳能地板辐射采暖系统与相变储能技术相结合是新能源利用的一个重要方法。太阳能地板辐射采暖系统具有间歇性、不稳定性缺点,而相变储能技术能够间歇地利用太阳能,论文将太阳能地板辐射采暖系统与相变储能地板有机的结合起来。论文介绍了太阳能相变地板辐射采暖系统的组成及工作原理,探讨了太阳能集热器的选型、辅助热源和相变地板结构形式的选择。
  首先,论文利用DeST模拟技术对南京市某一采暖房间进行了动态热负荷模拟,计算出地板辐射采暖房间在采暖季的逐时负荷,得出全年最大逐时热负荷1.46KW与最大日负荷30.71KW,利用模拟结果可以更好地确定地板辐射采暖系统的热负荷、运行方案及最佳集热器面积。
  其次,论文在分析相变地板传热过程机理的基础上,运用CFD数值模拟软件对地板蓄放热性能进行了模拟计算,研究了不同工况(蓄放热时间、相变温度、供回水温度、相变层厚度、管间距、装饰层材料等)下,相变地板在蓄放热过程中的相变面平均温度、地板表面平均温度以及地板表面平均热流密度的分布规律。研究结果为相变地板辐射采暖系统的设计、施工和运行提供了理论基础。
  最后,论文在相变地板辐射采暖规律的基础上,建立了采暖房间热力过程的数学模型,采用CFD数值模拟技术,选用9h+15h的模式对房间供暖,即供暖阶段为8:00~17:00,其余时间为放热阶段,模拟了在室外温度参数下,采暖房间的温度场及热源停止后室内温度场的变化情况,得出了典型供暖日工况下采暖房间内不同截面的温度曲线和温度场。计算结果表明太阳能相变地板辐射采暖系统完全可以满足人们热舒适性的要求。

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