混凝土辐射供冷非稳态传热简化模型构建及相关研究

摘要

混凝土辐射供冷系统区别于其他类型辐射供冷系统的一个重要特点在于:供水管道直接与建筑楼板相接触,或埋于楼板结构内部(楼板式)或敷设于楼板下表面(毛细管式),楼板结构作为空调末端一部分,直接参与空调系统与房间的传热过程。在非稳态工况下,楼板的蓄热效应使传热过程趋于复杂,并将直接影响系统的供冷性能和运行调节策略。
　　 混凝土辐射供冷系统非稳态传热的理论研究方法主要有数值模拟和简化建模两种,数值方法计算精度高,但计算量大、耗费机时,不适合工程推广应用；而现有的一些简化模型的建模方法需要以数值模拟的结果作为已知条件,由于不能脱离数值模拟,工程实用性不强。本文的主要目的是提出一种根据系统几何及热工参数建立简化模型的方法,使建模过程脱离数值模拟的结果,增强简化模型的实用性。作者借鉴RC简化模型的研究成果,根据几何及热工参数建立混凝土辐射供冷系统非稳态传热的RC简化模型；利用MATLAB将模型的计算过程程序化；通过有限元数值模拟方法(FEM),验证模型的计算精度,并确定该简化模型的适用范围:最后利用该简化模型对混凝土辐射供冷系统设计及运行时可能遇到的一些问题进行了相关讨论。
　　 研究的主要结论和成果有:1.建立了RC简化模型并编写了MATLAB可视化计算程序。2.建立了FEM数值模型,通过验证发现RC简化模型具有较高的计算精度,模型的适用范围可以涵盖混凝土辐射供冷常见的系统形式。3.讨论了系统几何结构参数对供冷性的影响规律。4.得出了供水阶跃变化条件下,标准结构的楼板式冷天花和毛细管式冷天花的热滞后时间。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 混凝土辐射供冷系统简介

1.2.1 楼板式冷天花

1.2.2 毛细管式冷天花

1.3 课题的提出及意义

1.4 混凝土辐射供冷系统的国内外研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.5 研究内容、研究方法及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究方法及技术路线

第二章 建筑结构非稳态传热理论基础

2.1 多层平壁墙体非稳态传热的解析算法

2.1.1 解析解及热传递矩阵

2.1.2 热传递矩阵的物理意义(热响应系数的定义)

2.1.3 温度信号的傅里叶级数展开

2.2 多层平壁墙体RC有限差分法

2.2.1 热容热阻元件的热传递矩阵

2.2.2 RC有限差分法

2.3 混凝土辐射供冷系统RC简化传热模型

2.3.1 简化模型中热容热阻参数的确定方法

2.3.2 三角形RC简化模型

2.3.3 核心温度层与星形RC简化模型

2.3.4 存在问题及改进思路

第三章 混凝土辐射供冷非稳态传热RC简化模型的建立

3.1 RC简化模型的假设条件

3.2 星形RC简化模型的建立

3.2.1 核心温度层热容热阻参数的几何确定方法

3.2.2 供水管道与核心温度层之间的传热模型

3.2.3 核心温度层与上下壁面之间的传热模型

3.3 简化模型的Matlab程序设计

第四章 简化模型的FEM数值验证及适用范围讨论

4.1 楼板式冷天花FEM数值验证

4.1.1 标准化模型及工况的定义

4.1.2 稳态工况

4.1.3 非稳态工况

4.2 毛细管式冷天花FEM数值验证

4.2.1 标准化模型及工况的定义

4.2.2 稳态工况

4.2.3 非稳态工况

4.3 简化模型适用范围的讨论

4.3.1.几何结构参数的适用范围

4.3.2 温度波动频率的适用范围

第五章 基于RC简化模型的相关讨论

5.1 几何结构参数对于供冷性能的影响

5.1.1 管间距

5.1.2 埋管深度

5.1.3 管径

5.1.4 小结

5.2 保温层对于系统供冷性能的影响

5.2.1 楼板式

5.2.2 毛细管式

5.2.3 小结

5.3 供水温度阶跃变化条件下热滞后时间的讨论

5.3.1 楼板式

5.3.2 毛细管式

5.3.3 小结

第六章 课题结论及展望

6.1 课题结论

6.2 课题展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢