基本信息
- 项目名称：
- 太阳能地板辐射供暖/冷系统模型仿真
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 搭建了一套太阳能地板辐射供暖/冷系统，基于TRNSYS建立该系统仿真模型，通过该模型验证了系统的控制策略及运行效果。
- 详细介绍：
- 冬季供暖系统、夏季制冷系统是提升居住环境舒适度的必要条件。近年来，我国北方地区新建住宅建筑以及一些公共建筑的采暖系统多数采用地板辐射供暖技术。针对地板辐射供冷技术在高湿环境下辐射冷却表面容易产生凝露现象，国外普遍采用顶板辐射供冷与置换通风或下送风相结合的方式，如仿效国外做法，势必会增加房屋建设成本，因此有必要对地板辐射制冷技术的应用进行研究。为此，利用太阳能这一清洁能源，针对一套实验用太阳房，搭建了太阳能地板辐射供暖/冷系统，该系统包括太阳能集热、蓄热、制冷、地暖盘管、辅助能源、潜在能源回收、废水循环、自动控制等子系统。通过计算确定了集热器面积、蓄热水箱体积、吸收式制冷机组的制冷量。为了验证该系统的运行效果，利用TRNSYS仿真平台建立了系统仿真模型，并对控制策略进行了验证。仿真结果表明，该系统能有效地利用太阳能保持冬季室温18℃左右、夏季26℃左右的舒适温度。
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撰写目的和基本思路
- 北方夏热冬冷地区，冬季集中供暖期前后的时间段，由于季节变化导致室内温度偏低，如能利用太阳能采暖并结合地板辐射供暖技术为房间提供热量，将会有效地缓解室内温度偏低状况；而夏季室内闷热难耐，同时户外太阳能也是最充足的时期，如能利用太阳能制冷取代传统的空调制冷方式，意义明显。因此，搭建了一套太阳能地板辐射供暖/冷系统，建立该系统仿真模型，通过该模型验证了系统的控制策略及运行效果。
科学性、先进性及独特之处
- 本太阳能地板辐射供暖/冷系统在搭建过程中按《GB50495-2009太阳能供热采暖工程技术规范》、《JGJ134-2010夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》及《DB13(J)63-2007 河北省居住建筑节能设计标准》规定要求并参照国内外研究成果所得数据进行设计计算。建立了系统仿真模型，该仿真模型的建立为后续实验研究奠定了理论基础。
应用价值和现实意义
- 太阳能是一种丰富、清洁的可再生能源，在能源供应紧张、环保要求越来越高、空调需求量越来越大的今天，推广使用太阳能供暖/冷系统会为人类带来巨大的经济效益和社会效益，有着非常广阔的发展前景。另外，利用现有的地板供暖系统供冷，会改变以往供暖地板管道在夏季闲置的状况，从而提高了对已有资源的利用率。
学术论文摘要
- 冬季供暖系统、夏季制冷系统是提升居住环境舒适度的必要条件。近年来，我国北方地区新建住宅建筑以及一些公共建筑的采暖系统多数采用地板辐射供暖技术。针对地板辐射供冷技术在高湿环境下辐射冷却表面容易产生凝露现象，国外普遍采用顶板辐射供冷与置换通风或下送风相结合的方式，如仿效国外做法，势必会增加房屋建设成本，因此有必要对地板辐射制冷技术的应用进行研究。为此，利用太阳能这一清洁能源，针对一套实验用太阳房，搭建了太阳能地板辐射供暖/冷系统，该系统包括太阳能集热、蓄热、制冷、地暖盘管、辅助能源、潜在能源回收、废水循环、自动控制等子系统。通过计算确定了集热器面积、蓄热水箱体积、吸收式制冷机组的制冷量。为了验证该系统的运行效果，利用TRNSYS仿真平台建立了系统仿真模型，并对控制策略进行了验证。仿真结果表明，该系统能有效地利用太阳能保持冬季室温18℃左右、夏季26℃左右的舒适温度。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] GB 50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范． [2] GB50495-2009，太阳能供热采暖工程技术规范． [3] DB13(J)63-2007，河北省居住建筑节能设计标准． [4] GB 50176-1993，民用建筑热工设计规范． [5] 伍品．低温地板辐射冷热联供系统传热特性的研究[硕士学位论文] ．北京：北京工业大学，2009． [6] 周邦宁．中央空调工程设计与施工．北京：中国建筑工业出版社，2005． [7] 何耀东，何青．中央空调实用技术．北京：冶金工业出版社，2006．
同类课题研究水平概述
- 国内外对地板辐射供暖与供冷技术的研究，主要集中在欧洲的德国、法国、丹麦，美洲的加拿大、科罗拉多和亚洲的韩国、中国、日本等国。近年来，国内外关于地板辐射技术的研究内容主要包括基础理论研究、辐射供冷技术的应用研究以及系统运行策略研究等方面。 在基础理论研究方面，美国科罗拉多州Pirawas Chuangchid等人，建立了地板辐射换热器的瞬态拉普拉斯热传导方程，提出建造于建筑底层的地板辐射换热器，冬季供暖工况向下的散热损失约占20%，夏季供冷工况约占10%；其地基的保温特性对地板向房间的供热量基本没有影响，但是对于向下的散热损失有极大的影响。国内，以南京师范大学的王子介为主要负责人的研究团队，最早开始对地板辐射供暖与供冷技术的研究。并较早地介绍了欧洲国家地板辐射供暖技术的发展和研究情况，建立了地板辐射供暖系统的模拟网络图，采用简化动态模型，分析了管间距对室内温度的影响。 在辐射供冷技术应用研究方面，韩国学者Doosam Song等人，针对地板辐射供冷系统的冷却表面易出现凝露现象，且由于地板层的蓄热性，不能对室内负荷的变化做出快速响应等问题，提出一种地板辐射供冷联合除湿通风系统的空调方式。国内青岛建筑工程学院的张瑜等人，测试了地板辐射供冷系统的运行工况，得到采用地板辐射供冷系统的房间沿水平方向的温度分布比较均匀，沿垂直方向温度梯度比较小，2.2m以下不存在供冷死区的结论。 系统运行策略方面，德国学者BjarneW. Olesen通过动态模拟对地板辐射供暖与供冷系统的控制策略进行了分析，结果表明，根据室外温度条件来联合控制时间和供水温度，能提供较好的室内条件和较低的建筑能耗。国内湖南大学的杨昌智等人，较早地针对地板辐射供暖技术的控制方法进行研究，据分析，带反馈的室外温度设定控制是解决辐射地板供暖系统控制的有效方法，由于该项技术其固有的控制通道滞后时间长的特点，室外温度设定控制是必要的，选择室内作用温度来进行控制，更有利于实现舒适的热环境和节能。
