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一种封装蓄能材料用于地板辐射采暖的理论与实验研究

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北京建筑工程学院硕士学位论文原创性声明及授权书

1绪论

1.1选题的背景和意义

1.2主要的研究内容和研究方法

2相变材料用于地板采暖的国内外研究现状

2.1相变材料用于地板采暖是建筑节能所趋

2.2相变蓄热材料在建筑节能中的应用

2.3相变材料用于地板采暖的理论和实验研究现状

2.4目前封装相变蓄能材料用于地板供暖形式简介

3相变问题的理论机理与其数学模型

3.1半无限大区域中相变问题的理论机理

3.2有限厚度区域中的凝固过程

3.3相变蓄能问题的数学模型

3.4总结

4数值模拟

4.1相变蓄热地板采暖传热模型的建立

4.2数值模拟结果及分析

4.3模拟结果汇总

5实验测试与数据处理

5.1实验场地

5.2实验实施

5.3实验研究结果

5.4实验研究与理论模拟结果的对比

5.5实验研究结果与数值模拟计算结果存在误差的原因分析

5.6相变蓄热地板采暖的实验误差分析

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

6.3结束语

参考文献

附录

致谢

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摘要

随着我国建筑节能工作的深入,蓄能技术越来越受到人们的关注。相变蓄能采暖地板就是利用相变材料(PCM)较高的相变潜热蓄放热、温度变化范围小、蓄能密度大的一种节能的地板供热方式,在太阳能利用、工业余热、废热回收及建筑采暖和空调节能等领域有着广阔的应用前景。 本文针对一种相变温度适宜地板采暖的高效能封装水合盐相变材料模块、以一定排布方式置于采暖地板埋管层通热水盘管周围的辐射采暖地板进行了理论模拟和实验研究。 利用相变传热理论,建立起热盘管置于封装相变储能材料埋管层中的储能采暖地板二维及三维的理论模型,采用热焓分析法,即不必跟踪相变界面,且能量方程适用于固相、液相及相变区,使问题大大简化,尤其适用于多维问题的一种方法,数值模拟贮热介质处于对流换热第三类边界条件时,蓄能采暖地板的不同供热工况、不同管间距、不同地板覆盖层及不同地板绝热层等各种因素对储能地板蓄放热时间的影响和蓄放热规律,得出两种蓄能结构地板模型在满足人的舒适感、地板表面温度在25℃-30℃、放热时间大致相同的情况下,三维模型地板结构的蓄热时间短于二维模型地板结构的蓄热时间。 为了验证这种PCM蓄能地板的供热、蓄放热效果,本研究对采用这种PCM模块的蓄能采暖地板的实际应用在冬季采暖期进行了实地测试。实验测量了系统供回水温度、系统流量、地板表面温度、室内温度随室外温度、蓄放热时间的变化,并与相应的理论模拟进行了对比。 理论模拟和实验测试结果均表明:含有这种PCM结构的蓄能采暖地板,在蓄热和放热期间,地板表面温度变化缓慢,能很好地满足人体的舒适要求。

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