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采用低温冷水的地板埋管辐射供冷结露问题的仿真研究 哈尔滨工业大学市政学院 唐勇辉 姜永成 摘要：以设有地板埋管供冷系统+独立新风系统的办公室为研究对象，介绍了设地板埋管系统的空调房间的动态传热传湿模型的建模机理，并作了相应的简化建立了数值计算模型。用数值仿真的方法，分别仿真出了设置混水泵和不设混水泵两种工况下的采用低温冷冻水的地板埋管供冷的壁面温度，并与室内露点温度比较，对比了两个不同工况下的仿真结果，分析研究后得出地板埋管系统采用低温冷冻水供冷室内含湿量变化不大的前提下可不设置混水泵，辐射壁面也不会结露。 关键词：地板埋管供冷、数值仿真、露点温度、结露、混水泵 引言 由于辐射空调系统与对流空调系统相比拥有较高的热舒适性及节能性[1~3]，故近年来对辐射空调的使用也越来越广泛，在辐射空调系统中，夏季辐射壁的结露问题是一个亟待解决的问题。一般设计为了保险起见，均要求冷水温度高于室内露点温度0.5～1℃，如此一来，只能选取高温冷水来供冷，限制了辐射空调的冷却能力[4]。地板埋管供冷系统可否采用低温冷水来供冷而保证辐射壁不结露呢？本文通过对地板埋管系统的传热机理的分析，建立地板埋管供冷系统的仿真模型，通过模型仿真来研究这个问题。 地板埋管供冷系统的分析及建模 本文研究的系统为地板埋管供冷系统，如图1所示包括一个带外墙的房间和埋地供冷盘管。采用《建筑热过程》中介绍的墙体分层计算方法计算维护结构的动态传热，采用有限差分一维动态传热方程来分层计算[5]。对每一面维护结构建立一个微分方程组，建模机理均是依靠能量守恒定律并且考虑材料蓄热，反映了传热的动态特性。 图1 房间模型示意图 导热系数 厚度 比热 密度 外侧表面换热系数 内侧表面换热系数 材料 W/(m2℃) m J/(kg℃) kg/m3 W/(m℃) W/(m℃) 外墙 0.93 0.02 840 1800 18.6 8.7 水泥砂浆 0.81 0.24 880 1800 砖墙 0.29 0.12 1590 627 泡沫混凝土 0.93 0.02 840 1800 水泥砂浆 内墙 0.93 0.02 840 1800 8.7 8.7 水泥砂浆 0.81 0.24 880 1800 砖墙 0.93 0.02 840 1800 水泥砂浆 天花板 0.93 0.02 840 1800 8.7 8.7 水泥砂浆 1.84 0.04 750 2344 碎石混凝土 1.54 0.07 840 2400 钢筋混凝土 0.93 0.02 840 1800 水泥砂浆 窗 0.76 0.004 840 2500 8.7 8.7 玻璃 门 0.11 0.02 1930 377 8.7 8.7 红松门 地板 0.93 0.02 840 1800 8.7 8.7 水泥砂浆 1.54 0.07 840 2400 钢筋混凝土 0.93 0.02 840 1800 水泥砂浆找平 0.031 0.02 2100 50 聚苯乙烯保温 1.84 0.06 750 2344 碎石混凝土 0.93 0.02 840 1800 水泥砂浆 房间采用地板埋管系统+新风系统的复合系统，空调送风用于除去室内的余湿及满足室内的新风需求，同时也负担一部分室内的冷负荷，地板埋管系统的用电磁阀根据室温反馈进行ON/OFF控制，即在一个控制周期内调节占空比。房间的温湿度计算也采用集中参数，考虑灯光照明、人员、设备散热等内扰因素及与维护结构的对流换热和空调系统的送风，根据能量守恒定律及质量守恒定律建立室内温度及湿度的微分方程。 低温冷水供冷的仿真模拟 地板埋管系统采用低温冷水来供冷，设计思路是在地板埋管入口设电磁阀及混水泵，用壁面温度与露点温度来进行防结露控制，在电磁阀开启的时间段内若壁面温度减去0.5℃后的值低于室内露点温度时开启混水泵；用设定值与室温的偏差控制电磁阀开启时间，即改变电磁阀的占空比，电磁阀关闭时水泵也停止运行[6]。此策略的防结露控制是开启混水泵，末端仍按定流量运行。系统如图2所示。 控制周期分别取1h和0.5h，PID控制器参数的取值分别为Kp=2，Ki=0.1，Kd=10，混水比为0.5，冷水温度为7℃，供水流量为374 kg/h，地板埋管系统运行时间为4:00～20:00；室内人员散热为242W，照明及设备散热为900W，人员散湿为436g/h，空调送入温度为16℃湿度为85%的120 m3/h的新风量，办公室的使用时间为8:00～20:00。室外气象参数的变化为：室外温度和太阳辐射得热分别为 ℃、 W，这些为进行仿真实验基准条件。 2.1 设混水泵的室温设定值为26℃时的仿真模拟 室温设