夏热冬冷地区辐射空调房间围护结构结露问题的模拟研究

发布时间：2020-04-04 23:42

【摘要】：近年来,毛细管辐射空调系统因其能提供恒温、恒湿、恒氧的高舒适人居环境而逐渐盛行,然而辐射空调运行时,围护结构表面和内部容易结露,导致建材霉变、结构和保温板损坏,破坏建筑美观、增加能耗;此外围护结构上滋生的霉菌会危害人体健康。本文主要研究毛细管辐射空调房间围护结构表面和内部的结露情况,分析保温板铺设的厚度、位置及空调房间相对湿度对围护结构结露的影响,以及预防结露的措施。本文开展工作:1.对围护结构表面结露情况进行模拟:以夏热冬冷地区为研究对象,采用南京地区建筑作为研究案例,建立围护结构传热模型,使用EES编程计算毛细管网铺设在顶板、地板、内墙、外墙时夏季、冬季各围护结构的温度场,判断围护结构表面结露情况。2.对围护结构内部结露情况进行模拟:分析围护结构传湿原理,建立围护结构传湿模型,使用COMSOL Multiphysics软件对围护结构进行传热、传湿进行模拟,研究毛细管网铺设在顶板时夏季、冬季各围护结构的湿分布,判断围护结构内部结露情况。3.研究防止结露的策略:根据对围护结构表面和内部的模拟研究结果,提出防止结露所需的EPS保温板最小厚度及铺设位置,研究防止围护结构内部结露的空调房间相对湿度。本文研究有如下发现:1.防止表面结露的保温板最小厚度与保温板材料、毛细管网铺设位置、墙体参数有关。以顶板安装毛细管网,采用EPS保温板为例,对于160 mm厚内墙,综合考虑冬季夏季条件,得到防止围护结构表面结露需加EPS聚苯板最小厚度为2 mm;120 mm厚地板需加EPS聚苯板最小厚度为8 mm;120 mm顶板需加EPS聚苯板最小厚度为32 mm;280 mm外墙需加EPS聚苯板最小厚度为2 mm。2.围护结构表面不结露时,内部仍然存在结露风险。顶板铺设毛细管网时,冬季120 mm地板再加8 mm EPS保温板后两侧表面不发生结露,但在地板内部距离非辐射空调房间表面57 mm~107 mm之间由于温度较低将发生结露,此时饱和蒸气压小于水蒸气分压力,结露发生在混凝土层和保温层内。3.保温板厚度和铺设位置对围护结构内部结露造成一定影响。以顶板铺设毛细管,外墙铺设EPS保温板为例,夏季在外墙内侧铺0 mm~5 mm EPS保温板之后,围护结构内部和表面均不结露,当保温板厚度大于5 mm时,在保温板附近发生结露;夏季外墙外侧铺厚度大于5 mm EPS保温板,外墙室内侧壁面不会结露。冬季外墙内铺2 mm EPS保温板能防止外墙室内侧壁面结露,但在保温板附近仍然存在内部结露问题;当内保温板厚度增加时,发现随着内保温厚度的增加,外墙内部更易结露;在外墙外侧铺设2 mm EPS保温板虽然解决了表面结露问题,但在保温板和烧结红砖内仍然存在结露,增加EPS外保温板厚度为5 mm时,外墙内部相对湿度均小于1,结露不发生,综合考虑防止夏季、冬季围护结构结露应设置外墙外保温5 mm EPS保温板。4.控制空调房间相对湿度可以防止围护结构结露。以顶板铺设毛细管,地板铺设EPS保温板为例,120 mm地板和140 mm地板需分别铺设8 mm、7 mm EPS保温板,邻室相对湿度85%、干球温度-2℃时,冬季空调房间干球温度22℃,当空调房间相对湿度到50%以下时可避免地板内部结露,随着相对湿度的降低远离结露点。本文研究发现结露不仅发生在夏季,也会发生在冬季;不仅发生在墙体表面,也会发生在墙体内部;预防结露要充分考虑保温板材料、毛细管网铺设位置、墙体厚度、墙体材料。论文的研究成果对夏热冬冷地区毛细管辐射空调房间围护结构防结露具有指导意义。
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第二章毛细管辐射空调+独立新风系统毛细管辐射空调系统是以水作为介质，在直径为 4.3 mm ×0.5 mm 的毛细管内循环承担内显热负荷的辐射系统，该系统与新风系统联合运行，由新风承担室内湿负荷和少部分显负荷，新风除湿使得室内空气露点温度高于辐射表面温度，新风可以提供室内所需新鲜空的同时有效防止空调房间结露。毛细管辐射空调+独立新风系统主要包括冷热源、毛细管网射末端、水循环管路系统(循环泵、板换)、独立新风系统、控制系统五部分。1 系统介绍毛细管辐射空调系统的毛细管网可直接铺设在天花板、墙壁或一个房间的地板表面，铺面积可根据实际情况选择墙面满铺和部分铺设，毛细管网末端铺设面积较大，使得室内温分布较为均匀。冷热源向管径为 4.3mm 的毛细管辐射末端输送冷或热水，末端传递的能量 60%以辐射方式、40%以热对流形式传递到室内；夏季，热泵主机组可向系统提供 7℃低温或 18℃高温水，当提供 7℃低温水时，通过换热器为毛细管网提供 18℃高温水；当向系统供 18℃高温水时，此时风机需要自带压缩机，新风进行两级降温除湿，室内温度 26℃，相湿度 50%-60%。冬季，，热泵主机组可向系统提供 32℃高温水，可直接供给毛细管网和新风组，在严寒地区考虑到极端天气毛细辐射供热不足，可在新风机组上增加电加热段，提高风温度，保证室内温度 20℃，相对湿度 50%-60%。空调系统涵盖控制系统能实现对热泵主、新风机、水泵、阀门的监控，可对室内开关、温度湿度探头的数据进行采集，做到系统行工况实时监测。系统原理图如图 2.1 所示。

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做到系统运行工况实时监测。系统原理图如图 2.1 所示。图 2.1 毛细管辐射空调系统原理图2.2 冷热源毛细管辐射空调可选用不同的冷热源，常用的有：空气源热泵、水源热泵、地源热泵、溴化锂吸收式冷热水机组，也有一些组合式的冷热源系统：锅炉和冷却塔组合式、锅炉和冷水机组合式、太阳能和冷水机组合系统等。2.2.1 空气源热泵空气源热泵取能方便，系统简单，适用于机房面积较小的住宅。空气源热泵的主要缺点为对冬季室外相对湿度较高且室外气温较低的地区，因机组结霜较为频繁，需要不断进行除霜，降低了供热效率，影响供暖效果。另外当机组安装在屋顶，会产生较大噪声，布置不合理容易影响周围居民生活。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU111.4

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