混合式平板集热系统的强制对流热力学性能的动态分析计算模型

梁东俊

摘 要：本文描述了在平板空间上的一个混合式平板集热系统强制对流热力学性能的动态分析计算模型。此模型基于平板某空间上下的一维（长度方向）的数学分析指出了沿着模块的热交换、模块两部分间的热交换、邻近模块的热交换、以及系统中所有的周围空气的热交换。他考虑了相应的热交换机制以及所有系统中的物理因素，以避免在3-D热分析的时候需要消耗其他的热量，从而能够进行彻底且完整正确的分析。

关键词：混合式平板集热系统；强制对流；热力学性能；模型；动态

引言：美国智能建筑协会定义了智能建筑为：从结构，系

统，维修和管理这四个基本因素以及他们之间的内在联系的方面考虑，以最优化的设计，从而能提供一个高效、舒适、便利、安全的环境空间。Finley等人在提高生产的最优化设计和居住者舒适性的建筑中采用先进技术的系统整体提供的含义中也运用了用同样的定义。大致来说，直接数字控制器、供暖、通风和空调、能源管理系统、建筑自动控制系统以及其他系统在目前都没有与建筑的热力性能相适应。Lush在他的研究中使用了一个相似的定义，他主张，一个“真正”的智能建筑（区别于巧妙的建筑）是这样一种东西：最优化是要对整体而言的。

一、混合式平板墙式空调系统的结构

混合式平板墙式空调系统，表现了一个“真正”智能建筑的应该具有的成分和所有特征。它由南部正面收集器夺取太阳的放射物，将热空气传输到水平板状橡胶中的核心处，并将热存储到混凝土块中。当板层的扩展超过建筑的宽度时，热量会很容易从南部正面传到北部空间。或多或少的，平板的热惯性确保了施放周期的延长，从而使中午时间不会过热。后者经常是直接获得系统的缺陷，并且无论如何为南部空间指示了狭窄光滑的空间。这个系统的一个额外的有利特点是，它作为一个合适的加强者的角色除了它自身的加热系统的一部分的角色之外。当房间里合适的级别成为空气温度的合适影响的结果，并且意味着辐射温度，增加的混合系统地基面平板的表面温度使房间空气温度下降成为可能，这是为了达到合适热量的相同等级，并且因此，在总热能的进一步增加上也可能达到。

二、目前的模型分析

由于缺少足够的系统热能性能分析的工具，一个完整的三维热力分析可以通过任何存在的有限不同或者有限因素计划而进行，但是每次运行所需的计算时间使它作为最优化系统的工具变得不切实际。Swishier在1980年引出了满液式混合系统的数学模型，但是这个模型的作用非常的有限，而且它并没有解决纵向损失和平板的热传递过程，因此在有着实际8-12m平板的真实建筑模型上非常的不准确。尽管如此，有能量损失的单一数学程序仍然十分必要，因为它使多样系统在他的中体热力性能上的参数成为了有效定量的评价。因此，以下的模型仍然是建立在此基础上。

三、系统性能的影响

从集热器的结构来看，对其性能有较大影响的因素，一是一天内进入平板上下空间的每小时和每天总的自然对流，以及平板每小时表面温度的分布。为了获得这些表面温度的值，必须计算沿着平板核心的表面温度分布，以及沿着平板的上部和下部表面的表面温度分布。建筑物参数有可能会影响到温度分布的值；二是集热器核心区域的热传递媒质，以及具体的热贮存区域（局部交叉）；其他的影响因素有机器运行的速率等等。

四、建立模型

建立一个离散系统，将平板切成厚dx的薄片，宽度为2a。每一片被分为两个部分，一个沿着流入的气流而另一个沿着往外去的气流。我们把这些部分的每一个与一个唯一的固体块温度联系起来。（第一部分具体为T1（x，t）且第二部分具体为T2（x，t））这些单元中心的空气也由唯一的温度值来描述。（第一部分空气为Th1（x，t），第二部分空气为Th2（x，t））。核心内的唯一表面温度由Tsh1（x，t） 和Tsh1（x，t）近似表示，而上下表面的由Ts11（x，

t） 、Ts12（x，t）（上地板表面）和Ts21（x，t） 、Ts22（x，t）（下天花板表面）。以下部分将分别写出固体块以及每个部分每一片的运动气体的热平衡方程，考虑进去所有热传递机构，以及基本系数的重复传递。在此基础上即可以建立混合式平板集热系统每一部分从核心空气流动到核心表面的热功率的数学模型从而进一步得出动态分析计算模型。

结论：在文中对目前混合式平板墙式空调系统的一些模型进行了讨论，分析了其系统性能的影响因素，并在这些影响因素的前提下对混合式平板墙式空调系统建立了一个离散系统，为进一步得出混合式平板集热系统的强制对流热力学性能的动态分析计算模型打下了基础。

参考文献：

[1] R.BECKER computational model for analysis of dynamic thermal performance of a hybrid slab-collector system with passive discharge[M] faculty of civil engineering，techion，Haifa 32000，Israel.