混合式平板集熱系統的強制對流熱力學性能的動態分析計算模型

摘 要：本文描述了在平板空間上的一個混合式平板集熱系統強制對流熱力學性能的動態分析計算模型。此模型基于平板某空間上下的一維（長度方向）的數學分析指出了沿著模塊的熱交換、模塊兩部分間的熱交換、鄰近模塊的熱交換、以及系統中所有的周圍空氣的熱交換。他考慮了相應的熱交換機制以及所有系統中的物理因素，以避免在3-D熱分析的時候需要消耗其他的熱量，從而能夠進行徹底且完整正確的分析。

關鍵詞：混合式平板集熱系統；強制對流；熱力學性能；模型；動態

引言：美國智能建筑協會定義了智能建筑為：從結構，系

統，維修和管理這四個基本因素以及他們之間的內在聯系的方面考慮，以最優化的設計，從而能提供一個高效、舒適、便利、安全的環境空間。Finley等人在提高生產的最優化設計和居住者舒適性的建筑中采用先進技術的系統整體提供的含義中也運用了用同樣的定義。大致來說，直接數字控制器、供暖、通風和空調、能源管理系統、建筑自動控制系統以及其他系統在目前都沒有與建筑的熱力性能相適應。Lush在他的研究中使用了一個相似的定義，他主張，一個“真正”的智能建筑（區別于巧妙的建筑）是這樣一種東西：最優化是要對整體而言的。

一、混合式平板墻式空調系統的結構

混合式平板墻式空調系統，表現了一個“真正”智能建筑的應該具有的成分和所有特征。它由南部正面收集器奪取太陽的放射物，將熱空氣傳輸到水平板狀橡膠中的核心處，并將熱存儲到混凝土塊中。當板層的擴展超過建筑的寬度時，熱量會很容易從南部正面傳到北部空間?；蚨嗷蛏俚?，平板的熱慣性確保了施放周期的延長，從而使中午時間不會過熱。后者經常是直接獲得系統的缺陷，并且無論如何為南部空間指示了狹窄光滑的空間。這個系統的一個額外的有利特點是，它作為一個合適的加強者的角色除了它自身的加熱系統的一部分的角色之外。當房間里合適的級別成為空氣溫度的合適影響的結果，并且意味著輻射溫度，增加的混合系統地基面平板的表面溫度使房間空氣溫度下降成為可能，這是為了達到合適熱量的相同等級，并且因此，在總熱能的進一步增加上也可能達到。

二、目前的模型分析

由于缺少足夠的系統熱能性能分析的工具，一個完整的三維熱力分析可以通過任何存在的有限不同或者有限因素計劃而進行，但是每次運行所需的計算時間使它作為最優化系統的工具變得不切實際。Swishier在1980年引出了滿液式混合系統的數學模型，但是這個模型的作用非常的有限，而且它并沒有解決縱向損失和平板的熱傳遞過程，因此在有著實際8-12m平板的真實建筑模型上非常的不準確。盡管如此，有能量損失的單一數學程序仍然十分必要，因為它使多樣系統在他的中體熱力性能上的參數成為了有效定量的評價。因此，以下的模型仍然是建立在此基礎上。

三、系統性能的影響

從集熱器的結構來看，對其性能有較大影響的因素，一是一天內進入平板上下空間的每小時和每天總的自然對流，以及平板每小時表面溫度的分布。為了獲得這些表面溫度的值，必須計算沿著平板核心的表面溫度分布，以及沿著平板的上部和下部表面的表面溫度分布。建筑物參數有可能會影響到溫度分布的值；二是集熱器核心區域的熱傳遞媒質，以及具體的熱貯存區域（局部交叉）；其他的影響因素有機器運行的速率等等。

四、建立模型

建立一個離散系統，將平板切成厚dx的薄片，寬度為2a。每一片被分為兩個部分，一個沿著流入的氣流而另一個沿著往外去的氣流。我們把這些部分的每一個與一個唯一的固體塊溫度聯系起來。（第一部分具體為T1（x，t）且第二部分具體為T2（x，t））這些單元中心的空氣也由唯一的溫度值來描述。（第一部分空氣為Th1（x，t），第二部分空氣為Th2（x，t））。核心內的唯一表面溫度由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）。以下部分將分別寫出固體塊以及每個部分每一片的運動氣體的熱平衡方程，考慮進去所有熱傳遞機構，以及基本系數的重復傳遞。在此基礎上即可以建立混合式平板集熱系統每一部分從核心空氣流動到核心表面的熱功率的數學模型從而進一步得出動態分析計算模型。

結論：在文中對目前混合式平板墻式空調系統的一些模型進行了討論，分析了其系統性能的影響因素，并在這些影響因素的前提下對混合式平板墻式空調系統建立了一個離散系統，為進一步得出混合式平板集熱系統的強制對流熱力學性能的動態分析計算模型打下了基礎。

參考文獻：

[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.