辐射供冷及供暖装置热性能测试方法

中国建筑科学研究院、国家空调设备质量监督检验中心等。

路宾、李忠等。

混凝土辐射供冷是一种节能舒适的建筑空调技术。混凝土辐射供冷方式下建筑热过程与空调系统供冷过程存在直接的耦合作用，所以其动态热过程必将受到建筑蓄热和室内环境控制的影响和限制。由于其中耦合作用规律未被系统认知，混凝土辐射供冷系统的实际运行节能效果远远低于预期。本课题采用理论模拟分析、实验研究和工程测试相结合的研究方法，以混凝土辐射供冷建筑房间为研究主体，进行供冷末端非稳态传热模型、房间的热响应和蓄放热动态特性研究，揭示室内热舒适、房间得热、供能调节以及建筑体蓄放热在房间蓄传热过程和空调供冷过程中的相互作用规律，获得混凝土辐射供冷方式下房间得热-负荷转化衰减和延迟的一般性规律和数学计算方法、房间供冷蓄冷过程与室内热舒适相互关联作用关系以及房间其他蓄热体对供冷蓄冷过程的定量影响规律，为完善混凝土辐射供冷技术体系，优化系统设计和制定节能舒适的运行调控策略提供理论指导。

建筑物的供暖热负荷，主要取决于通过垂直围护结构向外传热量。不仅与建筑平面面积有关，还与层高、外形等有关。在物理概念上不如供暖体积热指标表征建筑物供暖热负荷的大小清楚。但由于采用供暖面积热指标法更易于计算，所以面积热指标法在集中供热系统规划中应用广泛 。

混凝土辐射供冷技术以其节能、舒适等优点，具有良好的发展前景。由于建筑得热及空调运行过程均具有动态变化的特点，只有充分研究混凝土辐射供冷系统动态响应特性，并在设计和运行控制阶段充分利用，才能完全实现该空调方式的节能效果。 本课题首先利用RC（热阻热容网络法）、反应系数法和频域回归法分别建立混凝土辐射供冷楼板简化传热计算模型；之后搭建混凝土辐射供冷楼板系统的全尺寸标准实验舱并利用实验舱测得的实验数据对简化传热模型进行验证，在此基础上，利用 MATLAB 数学软件对简化传热模型进行程序设计，建立起图形用户窗口界面（GUI）；最后利用TRNSYS模拟软件和简化传热模型对混凝土辐射供冷楼板供冷房间的热动态响应特性进行研究。 本课题的主要研究成果包括： （1）根据欧盟EN 14240、ASHRAE standard138和我国颁布的行业标准，建造完善辐射供冷末端性能测试平台并对实验平台性能进行测试评定，测试结果表征与欧盟平台测试结果吻合一致，达到设计要求。 （2）利用RC（热阻热容网络法）、反应系数法和频域回归法建立混凝土辐射供冷楼板简化传热计算模型，并对所建立的简化传热模型进行实验验证：稳态工况下，简化传热模型热流密度计算误差在6%以内，表面温度计算误差在0.3℃以内，非稳态工况下，热流密度计算误差在9%以内，表面温度计算误差在0.7℃以内，之后利用 MATLAB 数学软件对简化传热模型进行程序设计，建立起图形用户窗口界面（GUI）； （3）通过实验、模拟及理论分析相结合的方式，对混凝土辐射供冷房间的蓄放热动态特性进行了研究，分析供水侧参数变化、房间侧参数变化和空调启停过程中供冷房间热动态响应规律； （4）利用所建立的简化传热模型对混凝土辐射供冷楼板动态传热过程进行分析计算，得到各参数对蓄热层厚度的影响规律并通过计算得到工程中常用混凝土辐射供冷楼板结构形式的蓄热层厚度：在无保温层的情况下50-130mm，有保温层的情况下100-200mm； （5）利用简化传热模型对混凝土辐射供冷楼板热动态响应特性进行研究得到室内得热与水侧冷负荷转化关系并借此得到在混凝土辐射供冷楼板供冷能力下该系统的运行控制策略。 通过以上实验研究和模型扩展分析，形成一般性规律，可以指导混凝土辐射供冷系统设计和运行。 2100433B