带定形厘的相变贮能式地板辐射采暖系统热性能的数值模拟叶宏，葛新石，焦冬生中国科学技术大学热科学与能源工程系可再生能源与节能研宄所。合肥230027值模拟。研宄发现熔点在32，左右的定形相变材料是该系统较理想的贮热材料。计算结果明相变贮能式地板辖射采暖系统控制简单，不仅节省能源。而且能提供舒适的热环境。
0引言建筑采暖直是个重要而活跃的研究领域1.迄今为止，基本上有两种不同的采暖方式对流式采暖和地板或天花板辐射采暖。近年来，地板福射采暖发达和发展中国家均受到普遍欢迎。
同对流式采暖方式相比，地板辐射采暖具有诸多优势采暖系统嵌入纽筑结构中，可扩大生活和工作空间；该系统还能提高平均热辐射温度，因此，为达到同样的热舒适水平所需的室内空气温度较低可减小渗风热损；地板辐射采暖系统可以维持个随高度递减的温度分布，根据中医的观点，这种温度分布有利子人体健康；时址同使用对流采暖系统相比采用地板辐射采暖系统时室内空气质量较高，因为后者不需对空气逃行直接处理。，地板辐射采暖系统的主要缺点是为达到较高制和提高热舒适度，己有人作了不少研究工1；项研究工作中提出。种带有显热贮能装置的地板辐射采暖系统他认为只要采用适当的控制方法利用层混凝土板作为於热材料，可以在不降低热舒适度的前提下，著提高能源利用效率。考虑到显式贮热材料的热容较小，如果使用的混凝土板很薄，热惯性小，温度易于波动；而如果使用较厚的混凝土私则地板会很厚。显然，这问可以通过以相变村料凡，代替混凝1.板的法解决。但传统的。存在析晶过冷以及付矜器的腐蚀作用等缺心在这些问解决以前。似，乒闶褂谩，近几年，种新咽的复合凡况定形50的出现使得，01地板辐射采暖系统相结合成为可能。定形，04石蜡为相变主体而用高密度聚乙烯0作为支持载体传统的，01+同。对厂定形，1！要温度低于支持载体的熔点，即使其的，1从内体变为液体。定形1仍1维持为古态定形1中心奶的含量可达75，故其贮热能力与传统，01相当。特别值得指出的是，只要能够获得相应的石蜡，定形0河的熔点可在相当大的范围内进行选择。定形0河在使用时无需容器，因此可直接与传热介质或加热器接触，由此可减小热阻，降低热损。1是使用定形，幼魑，炔牧系牡宸，洳膳，低车，原，斗，这种带有潜热贮热装置的地板辐射采腹系统几以下优点定形，01的单位体积1热试很人，系统尤需⑴很大空间可利用夜间低谷电价贮热；3热能的贮存和释放儿乎是等温下进行。不仅可提高室内环境的热舒适度，且使得控制也非常龙骨简单。
来预测这种相变贮能式地板辐射采暖系统的热性能。
1数值模拟1.1模型考虑建筑物中典型的南房高和宽均为3.0，进深6.，在南墙中心处汗有设1.51父1.5的窗户，木地板厚0.01.，系统的热容热网格2所小，其结点。6843和，分别代地板天花板西墙东墙北墙南墙南窗室内空气和室外环境，结点，定形，为；1化起阽。中没有给出结点8及内部的网络小两结点之间的热肌记为下标2和7相应的结点，代传热模式0之间的总热阻，例如，及〃地板与天花板之间的辐射热阻。
为简化分析，作如下假设v，房间的总容枳；换气违率，即每小，围护结构及定形，0河中的热传导是维东两北墙及天花板绝热玻璃窗温度均匀致；室内空气被室外新鲜空气置换的比率。
南窗的能量方程为。1VTTv电加热器的下面绝热；室内气温均匀致。
室内空气的能量方程为体枳；窗户所吸收的太福射。
由维假设，对墙体地板和天花板均分别建立指向南房外侧的坐标系，朝向室内侧的面处于坐标系的原点，则它们的能量方程可写成如下的统形式和导热系数。各相应边界条件1.中对流换热系数，仝2.1；面所吸收的太阳辐射，如5为南墙外面所吸收的太阳辐射；yi各结构的厚度，以。
对定形，樱，墒褂渺史，P哇产电加热器开关比焓；形PCM的密度；Qo每平方米面积上的电加热功率。温度和比焓丑间的关系为和液态时的平均比热容；6相变温度范围1的半相变半径；入定形⑶的相变潜比焓，有围护结构边界条件南墙地板室外侧夂心71室内侧女人叮七，1广，=十乃7心汴下面天花板壁中央东墙壁中央西墙壁中央1.2热阻的确定所有的对流热阻都用相应的经验关系式确定12.经线性化处理后，地板底面与定形，3上Th斯蒂芬波尔兹曼常数。
热方程义可由方程8求得，这样面1与面之间的净辐射换热可写为定义以温差的辐射热阻为1.3各结点吸收的太阳辐射5，的确定室内各面吸收的太阳辐射量可用净辐射法投射到南窗上总的太阳辐射流密度为假定所有面均为漫反射面且太阳直射辐射在透过窗户后只投射到地板上。则在某时刻当直射辐射落在地板上时，离开各面除了窗户和地iifiFfireservedhttpwww.cnki.net角系数，透过南窗的太阳，射61投射到室内各地板和南窗，应在方程12的右边分别加上太阳辐射的贡献部分，1！
和其中化和分是窗户对谢和，射的透过率。
利用互换关系，方程组12可以写成士方秤13可求得1除窗及地板，面所吸收的太阳辐射为对于南窗，有其中叫和分别是窗户对太阳直射和漫射的吸收率。
1.4模型的离散化为获得上述偏微分方程组的存限差分格式，对时间采用显式差分格式对坐标进行中心差分。
方程3的式差分格式为定形1板的比兑网格划分离散方程为4所不，I电加热器，电加热器卯上面山召1和0+来确定，间和空间少长，以得到松定的解，方程⑴的显式差分格式为vATi，T 2结果与讨论选取合肥地区掉度31.85冬季个典型的实测天气条件平均风速为2.0，8进行了模拟。
按照采暖设讣规范，换气率rw.，l设为0.6设№热村料定形，的厚度为20，其热物件山3给出农中数据均根据定形，1的特性估兑所弘参文献8.在晚上1000到次日早晨600之间利用谷价电能当地板面温度低于29，时则开启电加热器每平方米面积上的功率为15，贾。
方程2的显式差分格式为由闻5的结汜可以看出，在采暖昼夜耐环，定形，3的，热能力以到免分利用定形的上下面温度在绝大部分时间内均在相变温度附近32±，可保证热量传输的高效率；室内空气温度维持在21到251之间，温度波动很小，具有很好化很少，控制相当简单。
通过模拟计算证明，相变贮能式地板辐射系统可在夜间利用廉价电能进行贮热，以提供全天的采暖。这特性使得这种系统在实行昼夜电价分时制3结论射采暖系统的热性能进行了理论研究，建立了数理模型，并给出了初步的模拟结果。计算结果明这种系统的能源利用率较高，可提供很好的热舒适性；在实行昼夜电价分时制的地区它具有广阔的应用前景。对相变贮能式地板辐射采暖系统的经济性分析和对具有不同采暖需求地区的设计将在后续工作中给出。
致谢本工作是己结的国家自然基金项目0.
59776030的延续工作。感谢清华大学张寅平教授对本文提出的宝贵意。
Bi毕奥数F视角系数ii液态饱和焓Hs固态饱和焓，h对流换热系数，1！1 G太阳辐照密度，识。爪夂J有效辐射，识爪4 k导热系爪呛1 Q每平方米电加热器功率，贾12 S1面所吸收的太阳福射，qh面与之间的热辐射换热量，iij节点和之间的热阻，取1 T温度，民符号a导温系数，128y密度，让1竹3下标f地板C天花板ia室内空气oa室夕环境熔点导热系数相变半径潜热参考文献10叶宏，葛新石。种定形相变材料的结构和理化分