一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法技术

本发明专利技术公开了一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法，该方法包括以下步骤：一、基于TRNSYS软件建立PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型；二、建立埋管式PCM层传热模块，得到PCM层上表面平均温度T

【技术实现步骤摘要】
一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法


[0001]本专利技术属于相变辐射供冷
，尤其是涉及一种PCM层埋管式地板辐射供冷末 端参数预测方法。

技术介绍

[0002]相变蓄能式辐射供冷/暖系统是近年来受关注较多的一种应用于建筑中的主动式 相变蓄能技术。主动式相变蓄能技术能够主动调节蓄存能量的大小，以适应建筑的动 态需求，可较好的解决被动式相变蓄能技术受气候条件制约的局限性。相变蓄能式辐 射供冷/暖系统是将相变材料添加到辐射末端中，利用相变材料的较大的蓄热能力实 现系统的间歇运行，通常在夜间利用低谷电通过相变材料的相变过程将冷/热量蓄存 起来，在白天通过相变过程将冷/热量释放。该系统将蓄能式技术与辐射供冷/暖技术 的优势有效结合，既可较好的满足人体对热舒适性的需求，也可缓解电力峰谷差，并 利用峰谷电价政策降低运行费用，同时相变材料的加入提高了辐射末端的热惯性，降 低室内空气温度波动，从而减少冷热负荷，达到建筑节能的目的。
[0003]PCM层埋管式相变地板辐射供冷系统是相变蓄能式辐射供冷系统的一种形式，将 供冷管置于地板的PCM层里面，相比管道置于PCM层外，PCM层直接与供冷水管接触， 增大了接触面积，降低了传热热阻，进而提高传热效率，可以充分发挥相变材料的作 用。现有研究常采用实验法或模拟法对主动式相变蓄能式辐射供冷技术进行研究。实 验法更接近工程实际，但是成本高，且实验工况受限。而模拟法不但操作方便，成本 低，且易实现多工况的仿真模拟。目前建筑热过程及建筑环境控制系统瞬态仿真软件 TRNSYS已耦合了相变模块，但仅能用于模拟单一PCM层的传热过程，仅能实现供冷水 管置于PCM层下方或上方的辐射供冷末端的模拟，不能用于计算模拟PCM层内部埋设 供冷水管的传热过程，因此不能实现对PCM层埋管式地板辐射供冷末端的模拟及运行 参数的预测，无法指导该系统的优化设计及运行调控。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种PCM层埋 管式地板辐射供冷末端参数预测方法，其方法步骤简单，设计合理，采用二维有限体 积法对埋管式PCM层传热的物理模型进行节点划分并建立节点的温度求解模型，然后 对节点的温度求解模型进行残差迭代求解，得到PCM层上表面平均温度和埋管回水温 度，进而实现PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种PCM层埋管式地板辐射供冷 末端参数预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、基于TRNSYS软件建立PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型：
[0007]步骤101、采用计算机通过TRNSYS软件建立PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型， 具体过程如下：
型；
[0027]步骤206、采用计算机在“TYPE207.f90”文件中采用二维有限体积法对埋管式 PCM层传热的物理模型进行控制体划分并建立控制体中心节点的温度求解模型；
[0028]步骤207、采用计算机利用残差迭代法对节点的温度求解模型进行残差迭代求解， 得到各个控制体的中心节点的温度，进而得到PCM层上表面平均温度T
pcm
和埋管回水 温度T
o
；
[0029]步骤三、埋管式PCM层传热模块和TRNSYS软件的耦合；
[0030]步骤四、PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测与输出。
[0031]上述的一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法，其特征在于：步骤205 中采用计算机在“TYPE207.f90”文件中建立埋管式PCM层传热的物理模型，具体过 程如下：
[0032]步骤2051、采用计算机将PCM层(3)沿其长度方向划分为多个埋管式PCM层物 理模型(7)，并选择任一个埋管式PCM层物理模型(7)记作埋管PCM单体模型；
[0033]步骤2052、采用计算机以埋管PCM单体模型沿PCM层(3)的长度方向为X轴， 以PCM层(3)的厚度方向为Y轴，并将埋管PCM单体模型的四个角点标记为点d、点 e、点f和点a，将埋管PCM单体模型中供冷水管(6)在Y轴上的点记作点b和点c； 其中，点d位于X轴和Y轴交点处，点e位于X轴上，点d位于X轴和Y轴的第一象 限中，点a位于Y轴上，且设定边界ab、cd、ef和de均为绝热边界条件；
[0034]上述的一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法，其特征在于：步骤206 中采用计算机在“TYPE207.f90”文件中采用二维有限体积法对埋管式PCM层传热的 物理模型进行控制体划分并建立控制体中心节点的温度求解模型，具体如下：
[0035]步骤2061、采用计算机利用二维有限体积法，对埋管PCM单体模型进行控制体划 分，得到埋管PCM单体离散模型；其中，埋管PCM单体离散模型中控制体的总数为m
×
n， m表示埋管PCM单体离散模型中沿X轴方向的控制体数量，n表示埋管PCM单体离散 模型中沿Y轴方向的控制体数量，埋管PCM单体离散模型中控制体的边长记作Δx；
[0036]步骤2062、采用计算机将埋管PCM单体离散模型中每个控制体的中心记作每个控 制体的中心节点，并将第(x,y)处控制体的中心节点记作节点P
(x,y)
，并将节点P
(i,j)
的上 下左右四个相邻控制体的中心节点分别记作P
(x,y+1)
、P
(x,y
‑
1)
、P
(x
‑
1,y)
和P
(x+1,y)
；其中，x 表示控制体的中心节点在X轴方向的列数，y表示控制体的中心节点在Y轴方向的行 数；
[0037]步骤2063、采用计算机根据公式步骤2063、采用计算机根据公式得到第i个采样时刻的节点P
(x,y)
和节点P
(x+1,y)
之 间的导热系数节点P
(x,y)
和节点P
(x
‑
1,y)
之间的导热系数节点P
(x,y)
和节点P
(x,y+1)
之 间的导热系数和节点P
(x,y)
和节点P
(x,y
‑
1)
之间的导热系数其中，表示节点P
(x,y)
的导热系数，表示节点P
(x
‑
1,y)
的导热系数，表示节点P
(x+1,y)
的导热系数， 表示节点P
(x,y+1)
的导热系数，表示节点P
(x,y
‑
1)
的导热系数；
[0038]步骤2064、采用计算机建立节点的温度求解模型，具体过程如下：
[0039]A、当P
(x,y)
未处于埋管PCM单体离散模型的边界时，采用计算机建立节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、基于TRNSYS软件建立PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型：步骤101、采用计算机通过TRNSYS软件建立PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型，具体过程如下：采用计算机利用TRNSYS软件中自带的“TYPE56”模块在“TRNbuild”工具中建立待研究建筑模型；其中，待研究建筑模型包括两个外墙、两个内墙、地板和顶板，地板为PCM层埋管式地板辐射供冷末端，且设定PCM层埋管式地板辐射供冷末端从上到下依次为地面层(1)、找平层(2)、PCM层(3)、保温层(4)和钢筋混凝土结构层(5)，PCM层(3)中埋设有供冷水管(6)；步骤102、设定PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型的热工参数，具体过程如下：步骤1021、设定外墙、内墙、顶板和地板中各个结构层的导热系数、比热容、密度；步骤1022、设定外墙的总传热系数、内墙的总传热系数和顶板的总传热系数；步骤1023、设定外墙上开设有南窗；步骤1024、设定太阳得热系数；步骤103、设置PCM层埋管式地板辐射供冷建筑模型的内外扰因素；内扰因素包括人员、照明及设备；其中，设置人员人数、单个人体散热量、单位面积照明散热量及单位面积设备散热量，并设置人员的内扰作息时间，照明的内扰作息时间，设备的内扰作息时间；外扰因素包括室外空气干球温度、室外空气相对湿度、太阳辐射强度和室外风速；步骤104、设置空调供冷开启温度和通风换气次数；步骤105、采用计算机利用TRNSYS软件在“TYPE56”模块中添加5个输出项和1个输入项；其中，5个输出项为地板的上表面热流密度、地板的上表面平均温度、找平层传给PCM层的热流量QCOMO、待研究建筑模型的室内空气温度和室内操作温度；1个输入项为PCM层上表面平均温度T
pcm
；步骤二、建立埋管式PCM层传热模块：步骤201、采用计算机利用TRNSYS软件中“TRNSYS Simulation Studio”中创建埋管式PCM层传热模块，并将埋管式PCM层传热模块命名为“TYPE207”模块；步骤202、采用计算机利用TRNSYS软件在“TYPE207”模块的“Variables”工具中添加参数项，“inputs”工具中添加输入项和“outputs”工具中添加输出项；其中，参数项包括供冷水管(6)的埋管间距L、PCM层(3)的厚度d、PCM层(3)中相变材料固态时的密度ρ
s
、PCM层(3)中相变材料液态时的密度ρ
l
、PCM层(3)中相变材料固态时的导热系数λ
s
、PCM层(3)中相变材料液态时的导热系数λ
l
、PCM层(3)中相变材料固态时的比热容C
ps
、PCM层(3)中相变材料液态时的比热容C
pl
、PCM层(3)中相变材料的相变潜热H、供冷水管(6)中流体与管壁面间的对流换热系数h1、供冷水管(6)的供水温度T
g
、供冷水管(6)中流速u、水的比热容C
fld
、供冷水管(6)自身的导热系数λ
g
、时间步长Δt、PCM层(3)中相变材料相变区间的最大温度值T
max
和PCM层(3)中相变材料相变区间的最小温度值T
min
，初始温度为T
C
，供冷时间段s；输入项为PCM层上表面热流密度q1；输出项为PCM层上表面平均温度T
pcm
和埋管回水温度T
o
；
步骤203、采用计算机利用TRNSYS软件在“TRNSYS Simulation Studio”菜单中选择“导出为FORTRAN”，则创建“TYPE207.f90”文件；步骤204、采用计算机利用TRNSYS软件启动TypeStudio，并从“Workspace”菜单中“Add Source Files”工具中选择创建的“TYPE207.f90”文件；步骤205、采用计算机在“TYPE207.f90”文件中建立埋管式PCM层传热的物理模型；步骤206、采用计算机在“TYPE207.f90”文件中采用二维有限体积法对埋管式PCM层传热的物理模型进行控制体划分并建立控制体中心节点的温度求解模型；步骤207、采用计算机利用残差迭代法对节点的温度求解模型进行残差迭代求解，得到各个控制体的中心节点的温度，进而得到PCM层上表面平均温度T
pcm
和埋管回水温度T
o
；步骤三、埋管式PCM层传热模块和TRNSYS软件的耦合；步骤四、PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测与输出。2.按照权利要求1所述的一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法，其特征在于：步骤205中采用计算机在“TYPE207.f90”文件中建立埋管式PCM层传热的物理模型，具体过程如下：步骤2051、采用计算机将PCM层(3)沿其长度方向划分为多个埋管式PCM层物理模型(7)，并选择任一个埋管式PCM层物理模型(7)记作埋管PCM单体模型；步骤2052、采用计算机以埋管PCM单体模型沿PCM层(3)的长度方向为X轴，以PCM层(3)的厚度方向为Y轴，并将埋管PCM单体模型的四个角点标记为点d、点e、点f和点a，将埋管PCM单体模型中供冷水管(6)在Y轴上的点记作点b和点c；其中，点d位于X轴和Y轴交点处，点e位于X轴上，点d位于X轴和Y轴的第一象限中，点a位于Y轴上，且设定边界ab、cd、ef和de均为绝热边界条件。3.按照权利要求2所述的一种PCM层埋管式地板辐射供冷末端参数预测方法，其特征在于：步骤206中采用计算机在“TYPE207.f90”文件中采用二维有限体积法对埋管式PCM层传热的物理模型进行控制体划分并建立控制体中心节点的温度求解模型，具体如下：步骤2061、采用计算机利用二维有限体积法，对埋管PCM单体模型进行控制体划分，得到埋管PCM单体离散模型；其中，埋管PCM单体离散模型中控制体的总数为m
×
n，m表示埋管PCM单体离散模型中沿X轴方向的控制体数量，n表示埋管PCM单体离散模型中沿Y轴方向的控制体数量，埋管PCM单体离散模型中控制体的边长记作Δx；步骤2062、采用计算机将埋管PCM单体离散模型中每个控制体的中心记作每个控制体的中心节点，并将第(x,y)处控制体的中心节点记作节点P
(x,y)
，并将节点P
(i,j)
的上下左右四个相邻控制体的中心节点分别记作P
(x,y+1)
、P
(x,y
‑
1)
、P
(x
‑
1,y)
和P
(x+1,y)
；其中，x表示控制体的中心节点在X轴方向的列数，y表示控制体的中心节点在Y轴方向的行数；步骤2063、采用计算机根据公式据公式得到第i个采样时刻的节点P
(x,y)
和节点P
(x+1,y)
之间的导热系数节点P
(x,y)
和节点P
(x
‑
1,y)
之间的导热系数节点P
(x,y)
和节点P
(x,y+1)
之间的导热系数和节点P
(x,y)
和节点P
(x,y
‑
1)
之间的导热系数其中，表示节点P
(x,y)
的导
热系数，表示节点P
(x
‑
1,y)
的导热系数，表示节点P
(x+1,y)
的导热系数，表示节点P
(x,y+1)
的导热系数，表示节点P
(x,y
‑
1)
的导热系数；步骤2064、采用计算机建立节点的温度求解模型，具体过程如下：A、当P
(x,y)
未处于埋管PCM单体离散模型的边界时，采用计算机建立节点P
(x,y)
和上下左右四个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：其中，表示节点P
(x,y)
在第i个采样时刻的密度与第i个采样时刻的比热容的乘积，表示节点P
(x,y)
在第i个采样时刻的温度，表示节点P
(x+1,y)
在第i+1个采样时刻的温度，表示节点P
(x,y)
在第i+1个采样时刻的温度，表示节点P
(x
‑
1,y)
在第i+1个采样时刻的温度，表示节点P
(x,y+1)
在第i+1个采样时刻的温度，表示节点P
(x,y
‑
1)
在第i+1个采样时刻的温度，Δt表示第i+1个采样时刻和第i个采样时刻之间的时间步长；B、当P
(x,y)
处于埋管PCM单体离散模型的上边界且不处于四个角时，计算机建立节点P
(x,y)
和下左右三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：：其中，q1表示PCM层上表面热流密度；C、当P
(x,y)
处于埋管PCM单体离散模型的下边界且不处于四个角时，采用计算机建立节点P
(x,y)
和上左右三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：和上左右三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：D、当P
(x,y)
处于埋管PCM单体离散模型的右边界且不处于四个角时，采用计算机建立节点P
(x,y)
和上下左三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：和上下左三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：E、当P
(x,y)
处于埋管PCM单体离散模型的左非弧面边界且不处于四个角时，采用计算机
建立节点P
(x,y)
和上下右三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：F、当P
(x,y)
处于埋管PCM单体离散模型的左弧面边界时，采用计算机建立节点P
(x,y)
和上下右三个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：其中，K表示流体与供冷水管(6)外壁之间的传热系数，T
g
表示冷水管(5)的供水温度；G、当P
(x,y)
处于埋管PCM单体离散模型的左上角时，采用计算机建立节点P
(x,y)
和下右二个相邻控制体的中心节点的温度求解模型，如下：H、当...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋学敏，刘会涛，杜泽政，韩兵，白晓林，王海洋，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：