对流供暖与辐射供暖方式的数值研究

李海艳

乐金电子(天津)电器有限公司天津300402

摘要：为了帮助人们从本质上认识该系统的热工性能和供暖基本规律，合理的选择采暖方式。本文对目前人们使用最为广泛的散流器对流供暖、地板辐射供暖两种供暖方式的室内速度场、温度场进行了数值模拟，通过对两种供暖方式的比较,选出最佳的供暖方式。

关键词：供暖方式，散流器对流供暖，地板辐射供暖，温度场,流场

室内热环境舒适与否取决于一系列影响人体冷热感觉的环境因素。室内良好舒适的环境使人精神愉快，工作效率提高，研究表明适宜的热环境可提高生产率达18%[1]。传统的散热器采暖是靠气流流动来取暖的，卫生条件差。而采用地板辐射采暖的室内，供暖任务由远红外线辐射承担[2]，室内传热温差小，室内气流的自然对流换热减弱，则室内产生的上升气流小，空气流动缓慢，故含尘量小，室内有较好的空气品质[3]。

一、研究对象

本文取一简化房间模型，房间高2.8m，长宽分别为5m，4m，并且假定房间只有一面外墙、其余三面均绝热，均为无人，无家具的空房间，门窗始终关闭，不考虑冷风侵入。由于房间密闭性都较好，所以模拟计算时不考虑冷风渗透。

二、模型的建立和初始条件的设定

散热器假设为一矩形，矩形的长、宽、高分别为1.1m、0.13m、0.76m，在房间宽度方向靠外墙居中布置。散热器边界条件的设定是通过对设定第一类边界条件进行计算，即设定其总的散热量为650w，根据计算得出外墙外表面温度为8℃，通过对这两个参数的限定进行模拟。地板供暖则在地面的基础上设置一对应的热源即可。为了简化问题,可设地面为第一类常壁温边界条件,温度取平均值26℃，而对这种情况下的外墙边界条件设定为第二类常热流边界条件进行计算。

三、供暖房间数值模拟结果分析

3.1两种供暖方式速度场分析比较

A散流器供暖方式

由图可以看出，对散热器供暖而言，散热器上方和屋顶附近空气的流动速度最大，可达0.33m/s，在散热器上方区域，气流速度较大，并且在中心偏右的区域有一速度较小的旋涡。对地板辐射供暖而言，气流则平稳的多，地板辐射供暖气流速度在靠近顶、地外墙及和外墙相对的墙附近气流速度较大，但是也仅达到0.19m/s，导致不舒适的最低风速约为0.25m/s[1]，

由此可见，地板辐射供暖的速度场要比散热器均匀，并且更符合人的舒适性要求。

3.2两种供暖方式温度场分析比较

A散流器供暖方式

由以上两场分析可以得出散热器供暖方式在垂直方向温度梯度较地板辐射供暖大，温度变化较明显，地板辐射供暖都较为均匀，在室内任何截面上沿高度方向温度分布均匀，温度梯度较小，只在地板表面温度较高，这基本符合人体的舒适性要求。

三、结论

本论文采用数值模拟仿真的方法比较得出：地板供暖方式下室内的流场分布较散热器供暖均匀,散热器的影响区域较大。地板供暖方式下室内的温度分布较散热器供暖均匀,。与传统的散热器供暖方式相比,地板辐射供暖方式更符合人体舒适性要求,环境品质更好。

参考文献：

[l]刘顺隆,郑群.计算流体力学，哈尔滨工程大学出版社,1998

[2]章熙民，任泽霈，梅飞鸣编著，传热学中国建筑工业出版社，2007

[3]邱林，地板辐射式供暖的能耗分析。节能，2002