非均匀辐射供冷环境人体热舒适研究及设计优化

摘要

辐射供冷技术作为新型节能舒适空调的一种,具有迫切的应用前景。辐射供冷环境属于典型非均匀热环境,辐射末端铺设方式对热环境的不均匀特性影响较大,大多数工程设计人员对于各种铺设方式从舒适性方面引起的优劣效果存在模糊认识。本文围绕热舒适、辐射不对称性引起的热不舒适等方面,对非均匀辐射供冷环境人体热舒适性问题进行研究,主要开展了以下研究工作:
　　首先,对应用辐射供冷系统的建筑进行了实验研究,详细分析了辐射供冷系统在连续运行工况和间歇运行工况下的实际运行效果,对两种工况室内热环境及人体热舒适进行了评价,为后续数值模型提供实验数据验证。
　　其次,在辐射供冷房间对受试者进行热感觉实验,考虑了全身热感觉及局部热感觉,总结人体实际热感觉投票(TSV)结果,并与PMV-PPD热舒适模型计算值进行对比分析。研究表明,TSV普遍高于PMV计算指标,平均差值约为0.8,引起偏差的主要原因是测试时间、身体素质和心理期望三方面。
　　再次,建立辐射供冷系统的数值模型,采用实测数据验证其有效性,对辐射供冷系统末端设置在顶棚、地板、侧墙的四种组合工况进行数值模拟,着重从室内热环境、人体热舒适及局部热不舒适度三个方面对计算结果进行分析研究。结论表明,吊顶铺设方式的室内竖向温度分布最均匀,地板铺设方式对人体活动区域的供冷效率最高,在0.1m~1.1m高度范围内平均空气温度比吊顶铺设工况下低约0.3℃,室内预测热感觉指标满足热舒适区要求。
　　而后,从热舒适角度对吊顶和地板辐射供冷工况下不同铺设面积进行对比和研究,分析其对室内热环境和人体热舒适的影响。结果表明,吊顶辐射板铺设率低于40％、地板辐射板铺设率低于20%时,冷板壁面与其他壁面温度差值过大,人体面对冷板时辐射的不对称性会造成局部热不舒适,且室内空气温度分布不均匀性比较严重。从热舒适方面考虑,吊顶辐射板铺设率为60%~100%是比较合理的铺设面积,地板辐射板铺设率为60%~80%是比较合理的。
　　最后,针对需要局部温度控制的高大办公建筑,研究工位式供冷方式对热环境的个体化控制,对其优化设计。研究表明,与地板辐射末端满铺相比,工位式铺设方式在减少供冷量40%的情况下,可使办公区域人员周围温度低约1.5~2℃,得到更高的热舒适性。增大送风量和采用工位壁面供冷方式可以降低竖向温度梯度,减小局部热不舒适度。
　　本文研究结果可为辐射供冷系统末端设计提供理论参考,带动辐射供冷空调的推广。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 文献综述

1.3 课题研究的目的

1.4 课题的理论意义和应用价值

1.5 论文的研究内容、研究方法及技术路线

第二章 非均匀辐射供冷房间热环境实测及热舒适评价

2.1 引言

2.2 实验目的

2.3 测试实验台搭建

2.4 实验方案

2.5 人体热舒适性评价模型

2.6 连续供冷工况室内热环境实测及热舒适评价

2.7 房间间歇供冷对热环境影响实测

2.8 本章小结

第三章 非均匀辐射供冷环境人体热感觉实验

3.1 引言

3.2 热感觉实验介绍

3.3 热感觉实验结果

3.4 PMV与TSV比较

3.5 本章小结

第四章 冷辐射板铺设位置对热舒适的影响

4.1 CFD仿真模拟与软件介绍

4.2 仿真模拟计算模型

4.3 实验工况的CFD模拟

4.4 不同冷板铺设位置对比

4.5 本章小结

第五章 冷辐射板铺设率对室内人体热舒适的影响

5.1 吊顶冷辐射板铺设面积对室内热环境及人体舒适的影响

5.2 地板冷板不同铺设面积的供冷情况对比

5.3 本章小结

第六章 局部铺设冷辐射板的个体化热环境控制

6.1 模型基础介绍

6.2 地板辐射供冷满铺工况室内热环境及人体热舒适评价

6.3辐射末端铺设于人员活动区域时室内热环境及人体热舒适评价

6.4工位式末端铺设方式下室内热环境及人体热舒适评价

6.5工位式末端铺设方式的优化方案

6.6本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 课题展望

参考文献

附录 热感觉调查表

攻读学位期间取得的研究成果

致谢