確定輻射板表面溫度與各影響因子之間關係的方法與流程
2023-05-05 17:12:05
本發明涉及輻射供冷技術領域，是涉及一種確定輻射板表面溫度與各影響因子的關係。
背景技術：
輻射供冷空調系統與傳統空調系統相比，具有兩大突出的優勢即節能性與舒適性。輻射供冷空調系統實現了溫溼度獨立控制，解決了溫溼度耦合造成的能源浪費問題。在相同的熱溼環境下，採用輻射供冷空調系統，人體熱舒適感相同的前提下，可以提高室內設計溫度1-2℃。目前，我國輻射供冷空調系統的供水溫度一般為16℃，回水溫度為18℃，因此，輻射供冷空調系統為低品位冷源的利用提供了可能，展現了其節能的優勢。基於輻射供冷空調系統節能與舒適的優勢，解決環境問題，響應國家建立資源節約型與環境友好型的戰略，輻射供冷空調系統成為低能耗建築和綠色建築的首選空調系統形式之一，具有廣闊的應用前景。
與傳統空調系統相比，輻射供冷空調系統擁有大面積的冷輻射表面，因此結露是其最大的問題。在輻射供冷空調系統中，為了防止冷輻射面出現結露，輻射板表面溫度與貼附層露點溫度需要一定的溫差，即安全溫差。當輻射板表面溫度與貼附層露點溫度之差小於設定的安全溫差時，輻射空調系統的冷表面就會出現結露的風險。為全面研究輻射板表面溫度動態變化，應從理論角度找出對輻射板表面溫度有影響的因素，分析各因子之間的相關性，確定影響輻射板表面溫度的主要因素，並分析各影響因子的取值範圍，為實驗和模擬研究奠定基礎。
分析了輻射吊頂供冷系統的換熱原理以及各環節換熱量和換熱係數的確定。輻射板與周圍環境換熱過程包括：冷水與毛細管內壁之間的對流換熱，毛細管內壁到外壁的導熱，毛細管外壁與輻射板之間換熱，輻射板表面與室內環境的複合換熱。從輻射板的換熱過程來看，當供水流量與供水溫度均為設計值時輻射板表面溫度的因素可以按照換熱過程大致分為二部分：輻射板自身結構參數和熱環境側參數。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種確定輻射板表面溫度與各影響因子之間關係的方法。
本發明是確定輻射板表面溫度與各影響因子之間關係的方法，具體步驟如下：
1)確定當供水流量與供水溫度均為設計值時輻射板表面溫度與影響因子的關係，
在輻射供冷空調系統實際穩定運行條件下，確定影響輻射板表面溫度變化的因子及各因子的變化範圍；本文通過仿真計算和sas軟體相結合的方法確定的影響因子有室內環境溫度、外窗內表面溫度、非供冷表面平均溫度(不包含外窗)、熱源強度、太陽輻射強度；
2)利用ansys軟體模擬獲得樣本數據
根據步驟1)確定影響輻射板表面溫度變化規律的因子及各因子的變化範圍，利用正交實驗法確定模擬工況，運用ansys軟體模擬獲得不同工況下輻射板表面的平均溫度；
3)基於步驟2)的樣本數據，利用sas軟體進行回歸分析法獲得，當供水溫度和供水流量均為設計值時毛細管網輻射板表面平均溫度與室內溫度、非供冷表面溫度和外窗內表面溫度之間的關係如式：
tp＝0.18750×ta+0.22750×ts,average+0.04812×twin+9.4230
tp:輻射板表面溫度，單位℃
ta:室內環境溫度，單位℃
taverage:非供冷表面平均溫度，單位℃
twin:外窗內表面溫度，單位℃。
本發明深入研究輻射板表面溫度與影響因子之間的關係，根據正交實驗法則確定了系統穩定運行的模擬工況，計算了不同室內溫度、非供冷表面平均溫度、外窗內表面溫度、太陽輻射強度和室內人員數量條件下輻射板表面平均溫度。並運用統計分析程序sas對正交實驗結果進行分析。
與現有技術相比，本發明有益效果如下：
1)溼負荷突然增加時，輻射板表面溫度與貼浮層露點溫度之差小於設定安全溫差，易出現結露現象，本發明通過研究輻射板表溫度與影響因子之間的關係，從而有效防止結露。
2)本發明能確定輻射板表面與影響因子之間的關係，能充分發揮系統的供冷能力，減少能量浪費。
3)本發明深入研究輻射板表面溫度與影響因子之間的關係，根據《輻射供冷供暖技術規程》，本文研究中的確定的影響因子有室內環境溫度、外窗內表面溫度、非供冷表面平均溫度(不包含外窗)、熱源強度、太陽輻射強度。各影響因子的取值範圍如表1所示。
附圖說明
圖1為輻射供冷系統示意圖；
圖2為供水流量和供水溫度為設計值時輻射板表面溫度變化圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
本發明的輻射供冷系統的示意圖如圖1所示，包括輻射板、新風機組、板式換熱器、集水器、分水器、冷源、補水泵、一次循環泵和二次循環泵。
下面對本發明做進一步說明：
1)確定輻射板表面溫度變化的影響因素
因為不同熱環境參數主要取決於對輻射板表面溫度影響顯著的因子，因此確定當供水流量與供水溫度為設計值時輻射板表面溫度。從輻射板的換熱角度分析，影響輻射板表面溫度的因素大致可以分為二部分：毛細管網輻射板側以及室內外環境側。
(1)影響輻射板表面溫度變化的毛細管網輻射板側參數有：毛細管及輻射板的導熱係數，毛細管管徑、管間距，輻射板厚度，室內環境溫度和輻射板與室內環境間的綜合換熱係數。這些參數都與輻射板的安裝有關，因此，其對輻射板表面溫度的影響可視為常數。
(2)影響輻射板表面溫度的熱環境側參數有：太陽輻射強度、室內空氣溫度ta、非供冷圍護結構內表面溫度(尤其是外窗內表面溫度)、室內熱源s、室外環境溫度tout。太陽輻射和室外環境溫度雖然不屬於熱環境參數，但這兩個因素對熱環境有非常重要的影響，因此將這兩個參數歸結為熱環境對輻射板表面溫度影響。經回歸簡化得影響輻射板表面溫度變化的室內外側參數有：室內環境溫度ta、外窗內表面溫度twin、非供冷內表面平均溫度taverage、溼源強度s和遮陽角度isolar等。
綜上所述可以得出輻射板表面溫度變化規律的影響因子和變化範圍，見表1。
表1各影響因子取值範圍
2)利用ansys軟體模擬獲得樣本數據
由以上分析可以看出影響室內熱環境的因子眾多，且各因子之間相互影響。根據正交實驗法則確定了系統穩定運行的模擬工況，計算了不同室內溫度、非供冷表面平均溫度、外窗內表面溫度、太陽輻射強度和室內人員數量條件下輻射板表面平均溫度，正交實驗結果見表2。
ansys軟體是模塊化的動態仿真程序，對系統模擬分析時，只要通過調用實現這些特定功能的模塊，給定合適的邊界條件和初始條件，就可以對系統的動態變化進行模擬分析。不同的實驗工況僅僅通過改變邊界條件就可以實現。
3)基於sas軟體，運用多元回歸分析法獲得當供水流量與供水溫度均為設計值時輻射板表面溫度與影響因子之間的關係。
對於表3給出了輻射板表面溫度關於自變量的回歸過程，回歸分析中對回歸方程整體顯著性進行檢驗，並對回歸方程的係數進行參數估計和顯著性檢驗。關於輻射板表面溫度回歸方程整體顯著性檢驗的p值為0.0002，回歸方程整體顯著。方程的擬合優度判定係數r2＝0.8889，擬合優度修正決定係數adjr-sq＝0.8334，擬合程度較高。輻射板表面溫度回歸方程中五個自變量a、b、c、d、e分別對應室內溫度ta、非供冷表面平均溫度ts,average、外窗內表面溫度twin、太陽輻射強度i和人員數量n，intercept為截距即常數項。parameterestimate為各自變量前的係數，通過觀察各自變量前係數的t檢驗p值，判別各自變量的回歸係數是否顯著。由表3可以看出在顯著水平0.05下，變量a、b、c的p值均遠小於0.05，而自變量d和e回歸係數的p值遠遠大於0.05，因此變量d、e對輻射板表面溫度的影響不顯著。
通過以上分析可以看出去掉不顯著影響因子之後，回歸方程的擬合度較高，各回歸係數影響顯著。因此可以得到在穩定運行狀態下，根據圖2供水溫度和供水流量均為設計值時毛細管網輻射板表面平均溫度與室內溫度、非供冷表面溫度和外窗內表面溫度之間的關係如式
tp＝0.18750×ta+0.22750×ts,average+0.04812×twin+9.4230
tp:輻射板表面溫度，單位℃
ta:室內環境溫度，單位℃
taverage:非供冷表面平均溫度，單位℃
twin:外窗內表面溫度，單位℃。