基于人體工效的低溫供暖與新風復合系統(tǒng)設計理論及應用研究.pdf

1、在能源、健康與環(huán)境問題日益嚴重的當今世界,使辦公人員在健康、舒適及低能耗的室內熱環(huán)境中保持最大的工作效率將成為辦公建筑暖通空調系統(tǒng)設計及運行控制的目標。低溫供暖與新風復合系統(tǒng)作為能夠營造健康、舒適及低能耗室內熱環(huán)境的暖通空調系統(tǒng)之一,非常具有潛力和應用價值,將成為今后暖通空調系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。本課題以低溫供暖與供新風辦公房間為研究對象,圍繞著室內熱環(huán)境與人體工作效率及房間熱負荷三者之間的關系,對基于人體工效的低溫供暖與新風復合系統(tǒng)設計

2、理論及應用相關問題展開深入研究。
　　基于熱力學第二定律和Gagge的人體熱平衡模型,建立了人體平衡模型,并導出了人體損計算式。以實驗數據為依據,分析了冬季典型辦公房間中室內操作溫度及人體熱感覺對人體損和人體工效的影響。結果表明:當室內操作溫度變化范圍為17~28℃或室內人體熱感覺變化范圍為-1.0~1.4時,人體損變化曲線和人體工效變化曲線變化趨勢正好相反并呈?x‘形狀,并當室內操作溫度等于19℃或人體熱感覺等于-0.56時

3、,人體損達到最小,人體工效達到最大。
　　實驗研究了低溫輻射地板供暖系統(tǒng)分別與混合通風系統(tǒng)和置換通風系統(tǒng)復合時辦公房間室內熱環(huán)境及新風系統(tǒng)的通風效率。結果表明:當輻射地板表面溫度變化范圍為25~29℃、送風溫度變化范圍為15~19℃及新風量等于224l/s時,低溫輻射地板供暖與混合通風房間室內垂直溫差較小,不超過1℃,新風系統(tǒng)的通風效率大約為1.0,而低溫輻射地板供暖與置換通風房間室內垂直溫差較大,最大能達到4℃,新風系統(tǒng)的通風

4、效率為1.1左右。
　　基于室內空氣流動特性分別建立了合理的低溫供暖與混合通風房間室內溫度預測模型和低溫供暖與置換通風房間室內溫度預測模型,指出了房間室內計算溫度計算式與用于評價室內熱環(huán)境的室內操作溫度計算式之間存在差別,并以人體工效最大時的室內操作溫度為基準點對房間室內計算溫度進行了修正,發(fā)現當外圍護結構熱負荷在20~50W/m2之間變化時,低溫供暖與混合通風房間室內計算溫度修正值大約為0.4~1.0℃,而低溫供暖與置換通風房間

5、室內計算溫度修正值大約為0.6~1.2℃。
　　建立了以多次交叉翅片管作為散熱核心部件的低溫強制對流散熱器傳熱模型,導出了逆流和順流兩種流體流動趨勢時多次交叉翅片管換熱器傳熱單元數(NTU)計算式。以低溫供暖常用的二次交叉翅片管低溫強制對流散熱器為例,發(fā)現當供水溫度變化范圍為45~60℃及熱水流量變化范圍為50~110kg/h時,由本課題推導的計算式(ε-NTU法)和前人推導的計算式(LMTD法)計算的散熱器傳熱系數相差不超過5％

6、。對低溫強制對流散熱器傳熱系數影響因素進行了分析,發(fā)現當散熱器結構參數不變時熱水流量的變化對散熱器傳熱系數的影響較大,而平均傳熱溫差的變化對散熱器傳熱系數的影響較小。
　　建立了基于形狀因子的低溫輻射地板散熱量計算等效熱阻模型,與基于HEAT2軟件的數值模擬計算結果進行了對比。結果表明:當熱水管上端填充層厚度變化范圍為25~65mm、管間距變化范圍為50~300mm及熱水平均溫度變化范圍為25~45℃時,本課題提出的基于形狀因子的

7、等效熱阻模型散熱量計算結果與數值模擬計算結果的相對誤差均小于5%。對低溫輻射地板散熱量影響因素進行了分析,發(fā)現熱水管上端填充層厚度的變化對低溫輻射地板散熱量的影響較小,而管間距和熱水平均溫度的變化對低溫輻射地板散熱量的影響較大。
　　提出了形式簡單的低溫供暖與新風復合系統(tǒng)運行控制策略,并導出了低溫強制對流供暖系統(tǒng)和低溫輻射地板供暖系統(tǒng)供水溫度調節(jié)關系式。以某一典型辦公建筑中低溫供暖與混合通風復合系統(tǒng)為研究對象,基于TRNSYS軟件

8、數值模擬研究了室溫設定值的變化對哥本哈根地區(qū)、北京地區(qū)及哈爾濱地區(qū)三個典型氣候區(qū)房間室內人體熱感覺、室內人體工效及系統(tǒng)能耗的影響。結果表明:僅考慮室內人體工效時,低溫強制對流供暖與混合通風房間在哥本哈根地區(qū)、北京地區(qū)及哈爾濱地區(qū)最佳室溫設定值分別為19℃、17℃及19℃,低溫輻射地板供暖與混合通風房間在哥本哈根地區(qū)、北京地區(qū)及哈爾濱地區(qū)最佳室溫設定值分別為18℃、17℃及18℃。
　　通過本課題的研究,為營造健康、舒適、低能耗及高