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空气源热泵直接地板辐射采暖能效及地板传热研究

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目录

摘要

Abstract

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 地板辐射采暖系统研究现状及进展

1.2.1 辐射采暖概念及分类

1.2.2 地板辐射采暖的特点

1.2.3 国内外研究进展

1.3 能效分析及研究进展

1.3.1 热力学第一定律分析指标

1.3.2 热力学第二定律(火用分析)分析指标

1.3.3 国内外研究进展

1.4 本文研究目的及内容

1.4.1 存在问题

1.4.2 本文研究内容及方法

2 空气源热泵直接地板辐射采暖系统实验研究

2.1 空气源热泵直接地板辐射采暖实验系统

2.1.1 实验流程

2.1.2 热源机组选型

2.1.3 地板构造及管路系统结构设计

2.2 直接地板辐射连续性采暖实验方法及测试方案

2.2.1 实验目的及测试内容

2.2.2 实验方法及测试方案

2.2.3 实验装置及仪器

2.3 实验结果及分析

2.3.1 空气源热泵直接地板辐射采暖系统连续采暖特性

2.3.2 数码涡旋空气源热泵供热运行特性分析

2.3.3 室内空气垂直温度梯度分布

2.3.4 不同管间距供暖室内温度场分布

2.4 小结

3 空气源热泵直接地板辐射采暖系统能效分析

3.1 直接地板辐射采暖系统热力循环

3.2 直接地板辐射采暖系统能效分析模型

3.2.1 热力学第一定律分析

3.2.2 热力学第二定律分析(火用分析)

3.2.3 计算误差分析

3.3 系统热力性能计算及分析

3.3.1 直接地板辐射采暖系统能效分析

3.3.2 不同建筑采暖方式能效比较

3.4 小结

4 空气源热泵直接地板辐射采暖系统地板层传热研究

4.1 地板辐射采暖结构层传热原理及影响因素

4.1.1 传热原理

4.1.2 传热影响因素

4.2 计算模型

4.2.1 直接地板传热单元计算模型

4.2.2 边界条件设定

4.3 数值计算方法简介

4.3.1 数值方法

4.3.2 ANSYS热分析模块简介

4.4 数值模拟结果与分析

4.4.1 地板结构层内部温度及热流分布

4.4.2 地表温度模拟结果与实验结果比较

4.4.3 不同地板传热结构影响因素分析

4.5 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

符号表

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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摘要

本文搭建了以制冷剂为热媒的新型直接地板辐射采暖系统实验平台,在郑州市室外气象采暖条件下,进行可行性实验研究,对比分析了管间距100mm和150mm两个地板辐射采暖房间室内温度场分布,并在实验的基础上,重点对系统能效特性和地板结构层传热因素进行理论分析和数值计算,研究结果为其推广应用和工程设计、施工、运行提供参考数据和理论指导。主要研究成果如下:1.设计搭建了以制冷剂为加热热媒的空气源热泵直接地板辐射采暖平台,实验结果表明,空气源热泵30%负荷供热运行稳定,地板表面温度达到26.5℃,室内温度21.8℃,完全满足JGJ142-2004标准室内供暖要求。2.空气源热泵直接地板辐射采暖具有良好的预热和蓄热性能。实验工况下,热泵开机后,地板盘管进出口R22温升迅速,经80分钟后,地表温度由15℃升到25℃,室内空气温度由15℃升到19.7℃;热泵关机3小时后,地表温度下降3℃,室内空气温度下降1.0℃。3.空气源热泵直接地板辐射采暖室内热舒适性高。
  同实验条件下,管间距100mm房间连续性采暖地表温度为26.5-27.2℃,室内空气温度22.6-23.1℃,温差波动分别为0.7℃和0.5℃;管间距150mm房间室内采暖地表温度为24.1-25.1℃,室内空气温度20.0-21.1℃,波动分别为1℃和1.1℃。4.室外温度2℃,相对湿度20.5%时,空气源热泵供热小时能效比HEER为2.76,室外温度为7.8℃,相对湿度13.5%时,HEER达到3.42。而热泵室外机出现结霜情况下,HEER仍达到2.4以上,具有良好的节能效果。5.空气源热泵直接地板辐射采暖系统火用效率在30%以上,系统各部件火用损失中,压缩机所占比例最大,地板盘管和蒸发器次之,膨胀阀最小,系统管路输送系统跑冷火用损失较大,比例达到12%,通过合理设计管路、采取保温等措施,可有效降低管路输送过程能量损失,提高系统火用效率。6.管间距、混凝土填充层厚度、表面装饰层和压缩机输出容量对地板结构层传热效果影响显著。引用制冷剂冷凝传热和Kilkis地板传热系数计算方法,建立了地板结构层二维传热模型,运用ANSYS模拟计算地板结构层各影响因素,对比实验测试结果,数值计算误差在10%以内。

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