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高海拔地区基于微热管阵列的标准孔板流量计体系可行性阐发

作者: 来源: 公布时候:2019-10-21 10:58:26

    摘 要:文章操纵物理砂箱模型,证了然在高海拔地区采取基于微热管阵列的标准孔板流量计体系是可行的,并经由过程对微热管阵列式地暖体系的温升机能、均温机能、换热功率进行了相关测试。成果表白:微热管阵列式地暖体系的热呼应时候约2.48h,比不异前提下传统PE-X管地暖体系快0.65h,具有温升快、热损小的长处,且微热管阵列式地暖体系具有更加杰出的均温性,其供暖横向面的zui年夜温差值为1℃摆布,供暖温馨性更佳,同时在不异供暖请求下,微热管阵列式地暖体系的换热功率比传统PE-X管地暖体系高45.2W/㎡,是以更高效、更节能。

    跟着中国经济的不竭生长,既要满足修建物室内供暖需求,又要到达动力的节能减排,实现“绿色修建”,已成为当今社会经济的主流生长趋势,且修建能耗已与产业能耗、交通能耗并称为我国三年夜“耗能年夜户”[1]。而对高海拔地区的供暖体系,首要可以从以下三个方面降落其能耗量:热源、管路及末端[2]。热源上可以经由过程采取太阳能、地源热泵、氛围源热泵等洁净动力体例;管路上可以经由过程公道装置布局、尽可能减少管路弯甲等减阻力体例;而在末端处,则可以采取更加高效的传热元件,减小其末端热阻的热丧失等体例。同时按照《拉萨市动力生长打算(2016—2025年)》提出的:“至2020年,经由过程太阳能等新动力修建利用替代通例动力65万吨标煤,新建修建太阳能热水的利用比例力争达100%,50%以上的新建居住修建和30%的新建大众修建采取太阳能供暖体系供暖”和热管技术的不竭进步生长,文章提出在高海拔地区应用基于微热管阵列的标准孔板流量计体系。张于峰、郝斌等[2]经由过程将圆形热管应用于地暖体系,得出在热管间距为300 mm、供水温度为35-45℃、供水流量为0.1-0.3m3/h 的运行前提下,地板的散热量和大要温度根基可满足供暖房间的需求。董瑞雪、全贞花等[3]对采取微热管阵列的地暖体系做了尝试研究,成果表白,采取微热管阵列的地暖体系其传热功率高达 154.93W/m2,比拟传统 PE-X 管地暖体系高29.33W/m2。郑汝奎、刘乃玲等[4]对太阳能-氛围能复合动力供暖体系做了布局设想和运行道理阐发,得出体系能耗与太阳能进献率f成正比关系,太阳能进献率f越年夜,体系能耗越小。郝红、职佳敏等[5]研究了酷寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供热体系的运行特性,肯定了更适合酷寒地区的运行形式,并表白两套地埋管的运行形式更加适合酷寒地区互补供热体系的终年运行。鉴于国表里对将微热管阵列与太阳能相连络,并应用于地暖体系中的研究还十分空缺,是以笔者操纵特制的异型管,经由过程直接传热,采取太阳能作为热源,将微热管阵列应用于地暖体系末端处的可行性阐发,对新型地暖体系的开辟具有必然的指导意义。

    1 尝试体系
    1.1 体系道理
    文章中操纵物理砂箱模型,摹拟基于微热管阵列的标准孔板流量计体系,砂箱尺寸为1.5m×1.2m×1.1m(长× 宽×高),全部体系首要分为四部分:太阳能热源(恒温水箱替代)、供暖房间(砂箱净空间)、供暖管路体系、供暖末端(充装R141b的微热管阵列/传统PE-X地暖管),详细事情道理如图1所示。操纵恒温水箱作为热源摹拟太阳能集热器部分,其所供应的热水经节制阀后,经由过程度水器流入特制的异型管,热水在异型管中与微热管阵列进行直接换热,热量由微热管阵列的蒸发段流向冷凝段,再从冷凝段经由过程辐射和对流换热传至室内,换热后的热水再经由过程集水器流向恒温水箱,如此几次,从而为室内供应源源不竭的热量,到达室内供暖的目标。

 

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    1.2 尝试步调及计较公式
    翻开恒温水箱,启动循环水泵,经由过程节制阀将供水流量调度至所需年夜小;翻开数据汇集仪,开端数据汇集;开启电加热器,加热恒温水箱至所需温度值,按照不合工况设定不合的供水温度;待砂箱内空中温度、氛围温度不变后,持续运行0.5h,再停止电加热器和循环水泵的运行,使恒温水箱不再持续供热,等候砂箱内空中温度、氛围温度规复至尝试前温度值,再反复上诉步调,并经由过程改变供水温度和供水流量来实现不合工况下的运行形式,进行下一步测试。本文中砂箱内的换热体例首要为辐射换热和对流换热,详细计较公式以下:

 

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    式中:Q为砂箱内的总换热量,W/m2;Q1为对流换热量,W/m2;Q2 为辐射换热量,W/m2。

 

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    式中:h为砂箱内空中对流换热系数,W/(m2·℃);td为砂箱内空中均温,℃;tk为砂箱内氛围均温,℃。此中砂箱内空中的对流换热系数,采取文献[6-8]中的计较体例:

 

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    式中:Dd 为砂箱内空中的当量直径,m;H为拉萨的海拔高度,取3650m。

 

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    式中:Fi为砂箱内除空中核心护布局的大要积, m2;ti为除空中核心护布局的表温,℃。

    2 成果对比
    2.1 不异工况下的温升性对比
    当管中间间距均为100mm,供水管径均为Φ16mm时,按照《采暖通风与氛围调度设想标准》,常常利用水暖地暖体系的管内热媒流速宜为0.35-0.5m/s,供水温度宜为35-50℃(≤60℃),是以设定工况前提为:供水流量均为 400L/h(流速为 0.55m/s),供水温度别离为 35℃和45℃。从体系开端运行至到达不变状况,阐发微热管阵列式地暖体系和传统PE-X管地暖体系的热呼应时候,以评价其温升机能。如图2所示,当供水温度均为35℃时,体系不变运行后,微热管阵列式地暖体系的热呼应时候约2.48h,空中均温为29.1℃,而传统PE-X管地暖体系的热呼应时候约3.13h,空中均温为27.7℃,是以在不异工况前提下,微热管阵列式地暖体系的温升速率快于传统PE-X管地暖体系,且热丧失更小,热操纵效力更高。同时,跟着供水温度的降低,微热管阵列式地暖体系的热呼应时候进一步收缩,如当供水温度由35℃降低至45℃时,热呼应时候由2.48h减小至2.25h。

 

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    2.2 不异工况下的均温性对比
    为评价两种供暖体系的均温性,拔取砂箱内末端装配的横向面一半作为测试工具,别离对其均温性进行测试。选定测试工况前提为:管中间间距仍为100mm,供水管径均为Φ16mm,供水流量均为400L/h,供水温度均为40℃。由砂箱边沿至中间漫衍安插5个测温点,测温点间距为100mm,待体系别离运行至不变状况后,成果如图3所示。微热管阵列式地暖体系的均温性优于传统PE-X管地暖体系,在砂箱内末端装配的横向面中,微热管阵列式地暖体系的zui低温度和zui低温度差值仅为1℃摆布,而传统PE-X管地暖体系的zui年夜温度差值约2.5℃,且温度漫衍的不均匀性随横向面间隔的增年夜而加重。是以在供暖结果上,微热管阵列式地暖体系优于传统PE-X管地暖体系。

 

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    2.3 换热机能
    为充分与实际工程利用中的传统PE-X管地暖体系构成对比,设置微热管阵列的中间间距为200mm,选定供水温度别离为:35℃、45℃、55℃,供水流量别离为250L/h、300L/h、350L/h、400L/h,此时供水流速别离为:0.35m/s、0.41m/s、0.48m/s、0.55m/s,以满足实际工程利用环境,其体系的换热量及换热功率如表 1 所 示。当供水温度为 35-45℃时,砂箱内氛围温度为22.2-24.8℃,已能满足人体的温度需求(夏季zui宜人的室内温度是:18-25℃),是以微热管阵列式地暖体系比拟传统PE-X管地暖体系的供水温度要低5℃,且在不异供暖请求下,微热管阵列式地暖体系的换热功率为170.8W/㎡,而传统PE-X管地暖体系的换热功率为125. 6W/㎡[9],不异前提下比传统PE-X管地暖体系高45.2W/㎡,所以微热管阵列式地暖体系的热源温度请求更低,换热更加高效,体系更加节能。

 

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    3 结论
    文章操纵物理砂箱尝试,对在高海拔地区采取基于微热管阵列的标准孔板流量计体系做了可行性阐发,经由过程一系列的尝试阐发,证明了在高海拔地区采取微热管阵列式地暖体系是可行的,并得出首要结论以下:当供水温度为35℃时,体系不变运行后,微热管阵列式地暖体系的热呼应时候约 2.48h,空中均温为29.1℃,在不异工况前提下,温升速率比传统PE-X管地暖体系快0.65h,空中均温高1.4℃,是以微热管阵列式地暖体系具有温升快、热损小的长处。且微热管阵列式地暖体系的温升速率随供水温度的降低而减小。

    微热管阵列式地暖体系具有更加杰出的均温性,其供暖横向面的zui年夜温差值为1℃摆布,而传统PE-X管地暖体系的zui年夜温差值约2.5℃,是以微热管阵列式地暖体系的供暖温馨性更佳。

    微热管阵列式地暖体系的供水温度在35-45℃时,已可满足室内需求,比拟传统PE-X管地暖体系,其供水温度可降落5℃,是以热源需求更低。且在不异供暖请求下,微热管阵列式地暖体系的换热功率比传统PE-X管地暖体系高45.2W/㎡,是以更高效、更节能。

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