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标准孔板流量计

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高海拔地区基于微热管阵列的标准孔板流量计系统可行性分析

作者: 来源: 发布时间:2019-10-21 10:58:26

    摘 要:文章利用物理砂箱模型,证明了在高海拔地区采用基于微热管阵列的标准孔板流量计系统是可行的,并通过对微热管阵列式地暖系统的温升性能、均温性能、换热功率进行了相关测试。结果表明:微热管阵列式地暖系统的热响应时间约2.48h,比相同条件下传统PE-X管地暖系统快0.65h,具有温升快、热损小的优点,且微热管阵列式地暖系统具备更为良好的均温性,其供暖横向面的zui大温差值为1℃左右,供暖舒适性更佳,同时在相同供暖要求下,微热管阵列式地暖系统的换热功率比传统PE-X管地暖系统高45.2W/㎡,因此更高效、更节能。

    随着中国经济的不断发展,既要满足建筑物室内供暖需求,又要达到能源的节能减排,实现“绿色建筑”,已成为当今社会经济的主流发展趋势,且建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并称为我国三大“耗能大户”[1]。而对于高海拔地区的供暖系统,主要可以从以下三个方面降低其能耗量:热源、管路及末端[2]。热源上可以通过采用太阳能、地源热泵、空气源热泵等清洁能源方式;管路上可以通过合理安装布局、尽量削减管路弯头等减阻力方式;而在末端处,则可以采用更为高效的传热元件,减小其末端热阻的热损失等方式。同时根据《拉萨市能源发展规划(2016—2025年)》提出的:“至2020年,通过太阳能等新能源建筑应用替代常规能源65万吨标煤,新建建筑太阳能热水的使用比例力争达100%,50%以上的新建居住建筑和30%的新建公共建筑采用太阳能供暖系统供暖”和热管技术的不断进步发展,文章提出在高海拔地区运用基于微热管阵列的标准孔板流量计系统。张于峰、郝斌等[2]通过将圆形热管运用于地暖系统,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 的运行条件下,地板的散热量和表面温度基本可满足供暖房间的需要。董瑞雪、全贞花等[3]对采用微热管阵列的地暖系统做了实验研究,结果表明,采用微热管阵列的地暖系统其传热功率高达 154.93W/m2,相比传统 PE-X 管地暖系统高29.33W/m2。郑汝奎、刘乃玲等[4]对太阳能-空气能复合能源供暖系统做了结构设计和运行原理分析,得出系统能耗与太阳能贡献率f成反比关系,太阳能贡献率f越大,系统能耗越小。郝红、职佳敏等[5]研究了严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供热系统的运行特性,确定了更适合严寒地区的运行模式,并表明两套地埋管的运行模式更加适合严寒地区互补供热系统的长年运行。鉴于国内外对于将微热管阵列与太阳能相结合,并运用于地暖系统中的研究还十分空白,因此笔者利用特制的异型管,通过直接传热,采用太阳能作为热源,将微热管阵列运用于地暖系统末端处的可行性分析,对于新型地暖系统的开发具有一定的指导意义。

    1 实验系统
    1.1 系统原理
    文章中利用物理砂箱模型,模拟基于微热管阵列的标准孔板流量计香港理财婆169292一肖一码-理财婆169292彩民一码-理财婆169292三肖三码-理财婆彩民一码高手-理财婆169292四肖八码系统,砂箱尺寸为1.5m×1.2m×1.1m(长× 宽×高),整个系统主要分为四部分:太阳能热源(恒温水箱替代)、供暖房间(砂箱净空间)、供暖管路系统、供暖末端(充装R141b的微热管阵列/传统PE-X地暖管),具体工作原理如图1所示。利用恒温水箱作为热源模拟太阳能集热器部分,其所提供的热水经控制阀后,通过分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,再从冷凝段通过辐射和对流换热传至室内,换热后的热水再通过集水器流向恒温水箱,如此反复,从而为室内提供源源不断的热量,达到室内供暖的目的。

 

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    1.2 实验步骤及计算公式
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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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    2 结果对比
    2.1 相同工况下的温升性对比
    当管中心间距均为100mm,供水管径均为Φ16mm时,根据《采暖通风与空气调节设计规范》,常用水暖地暖系统的管内热媒流速宜为0.35-0.5m/s,供水温度宜为35-50℃(≤60℃),因此设定工况条件为:供水流量均为 400L/h(流速为 0.55m/s),供水温度分别为 35℃和45℃。从系统开始运行至达到稳定状态,分析微热管阵列式地暖系统和传统PE-X管地暖系统的热响应时间,以评价其温升性能。如图2所示,当供水温度均为35℃时,系统稳定运行后,微热管阵列式地暖系统的热响应时间约2.48h,地面均温为29.1℃,而传统PE-X管地暖系统的热响应时间约3.13h,地面均温为27.7℃,因此在相同工况条件下,微热管阵列式地暖系统的温升速度快于传统PE-X管地暖系统,且热损失更小,热利用效率更高。同时,随着供水温度的升高,微热管阵列式地暖系统的热响应时间进一步缩短,如当供水温度由35℃升高至45℃时,热响应时间由2.48h减小至2.25h。

 

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    2.2 相同工况下的均温性对比
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    2.3 换热性能
    为充分与实际工程应用中的传统PE-X管地暖系统形成对比,设置微热管阵列的中心间距为200mm,选定供水温度分别为:35℃、45℃、55℃,供水流量分别为250L/h、300L/h、350L/h、400L/h,此时供水流速分别为:0.35m/s、0.41m/s、0.48m/s、0.55m/s,以满足实际工程应用情况,其系统的换热量及换热功率如表 1 所 示。当供水温度为 35-45℃时,砂箱内空气温度为22.2-24.8℃,已能满足人体的温度需求(冬天zui宜人的室内温度是:18-25℃),因此微热管阵列式地暖系统相比传统PE-X管地暖系统的供水温度要低5℃,且在相同供暖要求下,微热管阵列式地暖系统的换热功率为170.8W/㎡,而传统PE-X管地暖系统的换热功率为125. 6W/㎡[9],相同条件下比传统PE-X管地暖系统高45.2W/㎡,所以微热管阵列式地暖系统的热源温度要求更低,换热更为高效,系统更为节能。

 

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    3 结论
    文章利用物理砂箱实验,对在高海拔地区采用基于微热管阵列的标准孔板流量计系统做了可行性分析,通过一系列的实验分析,证实了在高海拔地区采用微热管阵列式地暖系统是可行的,并得出主要结论如下:当供水温度为35℃时,系统稳定运行后,微热管阵列式地暖系统的热响应时间约 2.48h,地面均温为29.1℃,在相同工况条件下,温升速度比传统PE-X管地暖系统快0.65h,地面均温高1.4℃,因此微热管阵列式地暖系统具有温升快、热损小的优点。且微热管阵列式地暖系统的温升速度随供水温度的升高而减小。

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    微热管阵列式地暖系统的供水温度在35-45℃时,已可满足室内需求,相比传统PE-X管地暖系统,其供水温度可降低5℃,因此热源需求更低。且在相同供暖要求下,微热管阵列式地暖系统的换热功率比传统PE-X管地暖系统高45.2W/㎡,因此更高效、更节能。

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