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电地板辐射供暖的实测分析程力学毕业论文

2015-07-24 01:16

0 引言
　　
　　辐射供暖是以热射线（电磁波长在0.1～100μ）放出的以辐射热为主的1种供暖方式，电地板辐射供暖系统是1种以电为能源，在电热元件中产生低温辐射波，并通过对房间墙壁、天棚和室内其它物体（包括人体）进行辐射、穿透、吸收和反射等物理过程，使能量进行完全、均匀的分配，起码至达到动平衡，实现供暖目的的新型供暖方式。
　　为了电地板辐射供暖系统不同的地板结构及不同的导线间距布置对电地板辐射供暖系统效果的，本文主要对不同结构及相应的不同导线间距的电地板辐射供暖系统的热工性能进行了实验研究和，考察1下该系统的稳定性和可靠性，从温度自控角度看节能效果如何。本文主要侧重于电地板辐射供暖系统的温度场的研究，测量参数是温度及热流密度等。在此基础上，分析确定何种地板结构更适于电地板采暖系统。
　　
1 实验条件
　　
　　1．1 实验小室
　　本实验是在1温控小室内进行的，温控小室尺寸（长×宽×高）为1.8m×1.3m×1.8m。小室设有保温墙壁及保温空间与外界隔绝，室内装有空调器和加热器，用以控制室内温度。
　　
　　1．2 实验地板及导线
　　实验地板为3种不同表面结构的地板，各试样地板结构如图1、图2、图3及图4所示。

图1　裸木地板结构图
图2 铺地板地板结构图
图3 加地毯地板结构图
图4 保温层结构图

　　3种不同的地板结构对应的保温层、木地板层、地板布层及地毯层的结构和材料都分别相同。
　　实验分别对30mm、40mm、50mm、60mm、80mm、100mm、130 mm、150 mm等8种不同导线间距进行了测试，对应的导线布置如图5所示。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5 8种导线间距对应的导线布置图 （科教作文网http://zw.nseAc.com）
　　
　　1．3 测点布置
　　1．3．1导线表面温度
　　在导线的表面水平平均布置了3个测温点，取3点的平均值作为导线表面的温度。
　　1．3．2感温探头表面温度
　　在感温探头处设置了2个测温点，取2点的平均值作为感温探头的表面温度。
　　1．3．3地板各层表面温度
　　实验地板由保温层、导线层、木地板层、地板布层及地毯层中的几层或全部构成。其中，导线层的测点布置即为(1.3.1)和(1.3.2)所述。在其他各层的上下表面分别各布置4个测点，取各层4个测点的平均温度作为各层表面温度。
　　1．3．4壁面温度及室内温度梯度的测量
　　室内4个墙内表面各布置1个测点，用以测量墙壁内表面温度。温控小室吊顶下、实验地板上表面上的空间高度1.2m，吊顶下设置垂直排列的4个测温点，目的是研究在辐射方式下垂直方向空气温度的分布。
　　1．3．5 地板上表面各层热流密度的测量
　　分别在木地板层、地板布层及地毯层的上表面布置2片热流计片，取各层2个测点的平均热流密度值作为通过对应各层的瞬时热流密度值。
　　1．3．6 室内风速测量
　　对应于每1组实验，分别对4个测点测试4次，然后对16个实验数据取平均值，作业该组实验的室内风速。目的是各种工况下对流供热量的数值并研究其。
　　1．3．7 导线长度及通过导线的电流电压的测量
　　测试对应于每组实验的导线长度，以便得出该实验情况下的装机功率；通过对导线的电流电压的测量，可以得出通过导线的实际功率。
　　1．3．8 导线能断时间的测量
　　测试对就于每组实验的导线的通断时间，以研究电地板采暖系统的能断时间比的规律。
　　
2 实验设计及步骤
　　
　　2．1实验设计
　　本实验主要测试各测点温度及地板上表面各层热流密度，以便分析地板的温度场分布情况及通过地板上表面的热流量。实验装置如图6、图7所示。 （转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网）
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 电地板辐射供暖实验装置简图
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1-温控器2-变压器3-安培表4-伏特表5-电位差计
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图7　温控器接线示意图
　　　　　　　　　　　　　1-温控器　2-变压器　3-感温探头　4-伏特表　5-电流表　6热电偶　7-冰瓶
　　　　　　　　　　8，9，10-转换开关　11-实验地板　12-热流计　13-温控小室　14-导线　15-温控器导线
　　
　　2．2　实验步骤
　　实验先对同1导线间距的3种不同地板结构进行测试；而后再变换导线间距，对与之对应的3种不同地板结构进行测试。测试期间温控器均满档运行。
　　在测试过程中，由于电地板采暖系统在通断电1个周期内各测点温度及热流密度始终处于变化之中，故而采用逐时跟踪法纪录数据，最后采用时间加权法处理数据。

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3　实验结果
　　
　　为方便起见，本文分别将裸木地板（图1）、铺地板布（图2）和加地毯（图3）3种地板结构工况依次称为1工况、2工况和3工况。
　　
　　3．1 导线表面平均温度与最高温度
　　根据实验数据，绘制出导线表面平均温度与最高温度随导线间距的变化曲线，如图8和图9所示。曲线1、2、3分别代表工况1、工况2和工况3下的曲线，由图可知，导线表面的平均温度与最高温度随导线间距的增大而呈上升趋势。以工况1为例，在间距从30mm逐渐增大到150mm的过程中，导线表面温度由60℃升至78.7℃，导线表面最高测试由80.5℃升至96.8℃。从图中还可能看出，对于工况1、2和3，曲线1、2、3的形状基本类似，这说明3种工况下的导线表面的平均温度的变化幅度基本相同。并且对于同样的导线间距，就导线表面温度与最高温度而言，从工况1到工况3降低。 （转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图8　导线表面平均温度随导线间距的变化曲线
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图9　导线表面最高温度随导线间距的变化曲线
　　
　　3．2 实验地板测点温度随时间的变化
　　图10与图11分别示出了50mm、100mm间距地板保温层上表面某测点温度随时间变化的曲线。由图10和图11可见，该测点温度是呈周期性变化的。导线中电流断时，此测点温度降低；导线中电流通过，此测点温度升高。并且对同1间距，通断时间比基本上是1样的。由工况1到工况2，再到工况3，该测点温度随时间的变化幅度逐渐减小。对同1地板工况，测点温度变化幅度随导线间距增大而减小。并且在同样导线间距的条件下，从工况1到工况3温度降低。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10 50mm间距地板保温层某测点温度随时间变化的曲线
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图11 100mm间距地板保温层某测点温度随时间变化的曲线
　　
　　3．3热流密度
　　由图12可知，对于同1地板结构，并使导线表面温度昼在其随范围内（≤80℃ ），整个地板上表面时间加权热流密度在导线间距为50mm处最大，以此间距为中心，向两旁逐渐减小，呈存在最大值的抛物线趋势。由图还可以看出，随导线间距的增大，就热流密度变化幅度而言，整个地板上表面瞬时最大热流密度整个地板下表面时间加权热流密度的变化情况与之基本相同。整个地板下表面时间加权热流密度占上下表面总热流密度的比值，在同1导线间距的情况下，从工况1到工况3增大。
　　　　　　　　　　　　　　　 （科教论文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
　　　　　　　　　　　　　　　　　图12 整个地板上表面时间加权热流密度随导线间距的变化曲线
　　
　　3．4 能断时间比
　　导线电流能断时间比随导线间距的变化曲线如图13所示。图中横坐标为导线间距（mm），纵坐标为通断时间比。由图可知，同1种地板结构下，导线间距越大，通断时间比越大。同1导线间距下，就通断时间比而言，从工况1到工况3减小。就其变化幅度而言，在导线间距从30mm升至150mm过程中，工况1变化幅度最大，工况3变化幅度最小 。
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图13 导线电流能断时间比随导线间距的变化曲线
　　
　　表2 地板上表面传热系数（W/m²·℃） 30mm 50mm 80mm 130mm 裸木地板结构　 8.053 8.279 8.702 8.699 铺地板布结构　 5.503 5.602 5.371 5.766 加地毯结构　　 3.688 3.407 3.321 3.856

　　3.5 温控器感温探头位置
　　本文的实验中，在导线间距为30mm、40mm、50mm和60mm时，温控器感温探头放在了两相邻导线之间的中间位置，而在其它导线间距时，感温探头放在了两相邻导线之间靠近其中1导线10mm～25mm的某1位置。实验时发现，在导线间距为100mm、130mm、及150mm时，如果将感温探头放在两相邻导线之间的中间位置，导线表面温度将长时间保持在90℃以上。温控器感温探头的位置直接温控器的温度，进而影响导线通断时间比，从而影响系统的最终效果。
　　
4 小结
　　
　　4．1 电地板辐射供暖系统在导线间距及感温探头所处位置1定的条件下，地板上表面热阻越大，导线表面平均温度及最高温度越小，地板内各点温度变化幅度越小，通过地板上表面的热流密度越小，导线电流通断时间比越小，地板上下表面传热系数越小。 本文来自中国科教评价网
　　4．2 电地板辐射供暖系统在地板结构及感温探头所处位置类似的条件下，导线间距越大，导线表面平均温度及最高温度越大。
　　4．3 电地板辐射供暖系统存在1最佳导线间距，使得此时地板上表面热流密度最大。以此间距为中心，随着间距的增大或减小，地板上表面的热流密度值减小。
　　4．4 电地板辐射供暖系统中，温控感温控头的位置对系统效果的影响是较大的。