辐射地板供冷量及表面温度分布的简化计算方法.docx

设计参考暖通空调ＨＶ＆ＡＣ２０１２年第４２卷第５期４１辐射地板供冷量及表面温度分布的简化计算方法＊清华大学张伦☆刘晓华高志宏江亿摘要辐射地板的供冷量、表面温度分布的均匀性和表面最低温度是研究者以及工程人员重点关注的三个问题。通过求解导热方程，得出辐射地板热阻的解析表达式，提出一种辐射地板供冷量、表面温度分布的简化计算方法。在实际应用中，可通过公式便捷地计算出辐射地板供冷性能相关的主要参数。关键词地板辐射供冷量表面温度简化方法ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｌｏｏｒｐａｎｅｌＢｙＺｈａｎｇＬｕｎ★，ＬｉｕＸｉａｏｈｕａ，ＧａｏＺｈｉｈｏｎｇａｎｄＪｉａｎｇＹｉＣｏｏｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔｓｕｒｆａｃｅＡｂｓｔｒａｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓｗｈｉｃｈｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｓｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｏｎ．Ｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｉｎａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｏｒｐａｎｅｌｃｏｏｌｉｎｇ，ｔｈｅｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｅａｓｉｌｙｂｙｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｌｏｏｒｐａｎｅｌ，ｃｏｏｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｔｈｏｄ★ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ＊引言地板辐射供冷是一种利用建筑物内部地面进行供冷的系统，地板通过对流换热冷却周围空气，同时通过辐射与四周的围护结构进行换热。在辐射地板的实际应用中，辐射地板的供冷量、表面温度分布的均匀性和表面最低温度是研究者以及工程人员重点关注的３个问题。目前对于辐射地板的研究主要集中在以下几个方面：１）通过理论分析求解辐射地板的导热问题，其中Ｋｏｓｃｈｅｎｚ等人得出了单层辐射地板二维导热的解析解［１］；ＤｅＭｏｎｔｅ求解了一维多层固体的导热问题［２］；Ｌｕ等人求解了一维多层固体非稳态的导热问题［３］；Ｂｅｃｋ等人研究了部分加热时的二维固体导热问题［４］；Ｌａｏｕａｄｉ建立了辐射地板的半解析模型［５］；Ｗｅｂｅｒ等人建立了辐射地板的ＲＣ网络模型［６］。２）通过数值模拟和实验分析辐射地板的性能，其中Ｈｏｌｏｐａｉｎｅｎ等人利用非均匀网格，模拟了辐射地板的导热［７］；Ｋｏｓｃｈｅｎｚ等人建立并通过实验验证了辐射地板与空气换热的模型［８］。３）针对实际系统，研究辐射地板的应用，其中Ｏｌｅｓｅｎ等人研究了辐射地板应用的可行性和限制性［９］，计算了辐射地板的换热系数及供冷量［１０］；Ｓｏｎｇ等人研究了辐射地板与置换通风相结合的系统［１１］；卢军等人通过实验研究了辐射地板供冷系统［１２－１３］。工程应用中，在给定供回水温度和室内参数条件下，尚没有较简便的方法计算实际辐射地板的供冷量和表面温度分布。数值模拟方法由于计算量大，难以在工程中简化应用；采用实验测试结果的方法，对于不同结构材料的辐射地板的适用性较０☆张伦，男，１９８７年１月生，在读博士研究生＊１０００８４清华大学建筑技术科学系（０１０－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｌｕｎ０９＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ收稿日期：２０１０－０７－０５一次修回：２０１０－０９－１３二次修回：２０１２－０４－０５＊铁道部科技研究开发计划项目：铁路客站采暖空调技术综合利用及关键技术研究（编号：２０１０Ｇ００９－Ｇ）暖通空调ＨＶ＆ＡＣ２０１２年第４２卷第５期设计参考４２差。本文通过对辐射地板导热过程的理论分析，得到辐射地板供冷量和表面最低、最高温度的表达式，可方便计算辐射地板的性能。ｔ＝０，ｙ＝ｄ＋ｄ（）３１２ｙｔＬ，（）ｘ＝０ｘ＝±２４辐射地板供冷量计算辐射地板的结构如图１所示，辐射地板的供冷量在不同的工作环境中差别较大。但辐射地板的热阻只与辐射地板的结构与材料相关，因此，通过求解导热方程，得到辐射地板热阻的表达式，再结合辐射地板工作环境的参数，例如室内空气温度、壁面温度、对流换热表面传热系数和辐射换热表面传热系数，即可求解出辐射地板的表面平均温度和供冷量。一般辐射地板在