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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 太陽(yáng)能地板輻射供暖/冷系統(tǒng)模型仿真
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡(jiǎn)介：
- 搭建了一套太陽(yáng)能地板輻射供暖/冷系統(tǒng)，基于TRNSYS建立該系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)該模型驗(yàn)證了系統(tǒng)的控制策略及運(yùn)行效果。
- 詳細(xì)介紹：
- 冬季供暖系統(tǒng)、夏季制冷系統(tǒng)是提升居住環(huán)境舒適度的必要條件。近年來(lái)，我國(guó)北方地區(qū)新建住宅建筑以及一些公共建筑的采暖系統(tǒng)多數(shù)采用地板輻射供暖技術(shù)。針對(duì)地板輻射供冷技術(shù)在高濕環(huán)境下輻射冷卻表面容易產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，國(guó)外普遍采用頂板輻射供冷與置換通風(fēng)或下送風(fēng)相結(jié)合的方式，如仿效國(guó)外做法，勢(shì)必會(huì)增加房屋建設(shè)成本，因此有必要對(duì)地板輻射制冷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。為此，利用太陽(yáng)能這一清潔能源，針對(duì)一套實(shí)驗(yàn)用太陽(yáng)房，搭建了太陽(yáng)能地板輻射供暖/冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱、蓄熱、制冷、地暖盤(pán)管、輔助能源、潛在能源回收、廢水循環(huán)、自動(dòng)控制等子系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算確定了集熱器面積、蓄熱水箱體積、吸收式制冷機(jī)組的制冷量。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的運(yùn)行效果，利用TRNSYS仿真平臺(tái)建立了系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地利用太陽(yáng)能保持冬季室溫18℃左右、夏季26℃左右的舒適溫度。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 北方夏熱冬冷地區(qū)，冬季集中供暖期前后的時(shí)間段，由于季節(jié)變化導(dǎo)致室內(nèi)溫度偏低，如能利用太陽(yáng)能采暖并結(jié)合地板輻射供暖技術(shù)為房間提供熱量，將會(huì)有效地緩解室內(nèi)溫度偏低狀況；而夏季室內(nèi)悶熱難耐，同時(shí)戶外太陽(yáng)能也是最充足的時(shí)期，如能利用太陽(yáng)能制冷取代傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式，意義明顯。因此，搭建了一套太陽(yáng)能地板輻射供暖/冷系統(tǒng)，建立該系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)該模型驗(yàn)證了系統(tǒng)的控制策略及運(yùn)行效果。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本太陽(yáng)能地板輻射供暖/冷系統(tǒng)在搭建過(guò)程中按《GB50495-2009太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》、《JGJ134-2010夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及《DB13(J)63-2007 河北省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定要求并參照國(guó)內(nèi)外研究成果所得數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。建立了系統(tǒng)仿真模型，該仿真模型的建立為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 太陽(yáng)能是一種豐富、清潔的可再生能源，在能源供應(yīng)緊張、環(huán)保要求越來(lái)越高、空調(diào)需求量越來(lái)越大的今天，推廣使用太陽(yáng)能供暖/冷系統(tǒng)會(huì)為人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有著非常廣闊的發(fā)展前景。另外，利用現(xiàn)有的地板供暖系統(tǒng)供冷，會(huì)改變以往供暖地板管道在夏季閑置的狀況，從而提高了對(duì)已有資源的利用率。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 冬季供暖系統(tǒng)、夏季制冷系統(tǒng)是提升居住環(huán)境舒適度的必要條件。近年來(lái)，我國(guó)北方地區(qū)新建住宅建筑以及一些公共建筑的采暖系統(tǒng)多數(shù)采用地板輻射供暖技術(shù)。針對(duì)地板輻射供冷技術(shù)在高濕環(huán)境下輻射冷卻表面容易產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，國(guó)外普遍采用頂板輻射供冷與置換通風(fēng)或下送風(fēng)相結(jié)合的方式，如仿效國(guó)外做法，勢(shì)必會(huì)增加房屋建設(shè)成本，因此有必要對(duì)地板輻射制冷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。為此，利用太陽(yáng)能這一清潔能源，針對(duì)一套實(shí)驗(yàn)用太陽(yáng)房，搭建了太陽(yáng)能地板輻射供暖/冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱、蓄熱、制冷、地暖盤(pán)管、輔助能源、潛在能源回收、廢水循環(huán)、自動(dòng)控制等子系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算確定了集熱器面積、蓄熱水箱體積、吸收式制冷機(jī)組的制冷量。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的運(yùn)行效果，利用TRNSYS仿真平臺(tái)建立了系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地利用太陽(yáng)能保持冬季室溫18℃左右、夏季26℃左右的舒適溫度。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1] GB 50019-2003，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范． [2] GB50495-2009，太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范． [3] DB13(J)63-2007，河北省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)． [4] GB 50176-1993，民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范． [5] 伍品．低溫地板輻射冷熱聯(lián)供系統(tǒng)傳熱特性的研究[碩士學(xué)位論文] ．北京：北京工業(yè)大學(xué)，2009． [6] 周邦寧．中央空調(diào)工程設(shè)計(jì)與施工．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005． [7] 何耀東，何青．中央空調(diào)實(shí)用技術(shù)．北京：冶金工業(yè)出版社，2006．
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外對(duì)地板輻射供暖與供冷技術(shù)的研究，主要集中在歐洲的德國(guó)、法國(guó)、丹麥，美洲的加拿大、科羅拉多和亞洲的韓國(guó)、中國(guó)、日本等國(guó)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于地板輻射技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要包括基礎(chǔ)理論研究、輻射供冷技術(shù)的應(yīng)用研究以及系統(tǒng)運(yùn)行策略研究等方面。 在基礎(chǔ)理論研究方面，美國(guó)科羅拉多州Pirawas Chuangchid等人，建立了地板輻射換熱器的瞬態(tài)拉普拉斯熱傳導(dǎo)方程，提出建造于建筑底層的地板輻射換熱器，冬季供暖工況向下的散熱損失約占20%，夏季供冷工況約占10%；其地基的保溫特性對(duì)地板向房間的供熱量基本沒(méi)有影響，但是對(duì)于向下的散熱損失有極大的影響。國(guó)內(nèi)，以南京師范大學(xué)的王子介為主要負(fù)責(zé)人的研究團(tuán)隊(duì)，最早開(kāi)始對(duì)地板輻射供暖與供冷技術(shù)的研究。并較早地介紹了歐洲國(guó)家地板輻射供暖技術(shù)的發(fā)展和研究情況，建立了地板輻射供暖系統(tǒng)的模擬網(wǎng)絡(luò)圖，采用簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)模型，分析了管間距對(duì)室內(nèi)溫度的影響。 在輻射供冷技術(shù)應(yīng)用研究方面，韓國(guó)學(xué)者Doosam Song等人，針對(duì)地板輻射供冷系統(tǒng)的冷卻表面易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，且由于地板層的蓄熱性，不能對(duì)室內(nèi)負(fù)荷的變化做出快速響應(yīng)等問(wèn)題，提出一種地板輻射供冷聯(lián)合除濕通風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)方式。國(guó)內(nèi)青島建筑工程學(xué)院的張瑜等人，測(cè)試了地板輻射供冷系統(tǒng)的運(yùn)行工況，得到采用地板輻射供冷系統(tǒng)的房間沿水平方向的溫度分布比較均勻，沿垂直方向溫度梯度比較小，2.2m以下不存在供冷死區(qū)的結(jié)論。 系統(tǒng)運(yùn)行策略方面，德國(guó)學(xué)者BjarneW. Olesen通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬對(duì)地板輻射供暖與供冷系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，根據(jù)室外溫度條件來(lái)聯(lián)合控制時(shí)間和供水溫度，能提供較好的室內(nèi)條件和較低的建筑能耗。國(guó)內(nèi)湖南大學(xué)的楊昌智等人，較早地針對(duì)地板輻射供暖技術(shù)的控制方法進(jìn)行研究，據(jù)分析，帶反饋的室外溫度設(shè)定控制是解決輻射地板供暖系統(tǒng)控制的有效方法，由于該項(xiàng)技術(shù)其固有的控制通道滯后時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，室外溫度設(shè)定控制是必要的，選擇室內(nèi)作用溫度來(lái)進(jìn)行控制，更有利于實(shí)現(xiàn)舒適的熱環(huán)境和節(jié)能。
