不同电热采暖装置对室内热环境的影响及设计计算

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近年来,随着我国一系列清洁能源供暖政策的推广以及风电的迅速发展,为电热直接转换供暖提供了巨大的发展空间。虽然这种供暖方式使用方便、环保、控制灵活,但目前市面上电热采暖装置种类较多,用户在实际应用中缺乏选择依据,进而产生了采暖房间不舒适、采暖费用较高等问题,严重制约其进一步推广应用。本文选用市面上常有的普通电暖器、电热板、固体蓄热电暖器三种电热采暖装置作为研究对象,对三种电热采暖装置对室内热环境的影响及其设计计算做出比较研究。首先,搭建实验台对普通电暖器和电热板进行供暖时室内的温度场进行实验测试,通过实验发现在选用供暖设备功率相同的情况下,普通电暖器供暖时实验房间内的垂直温差比电热板供暖时高2.6℃左右,普通电暖器供暖时实验房间内的水平温差比电热板供暖时高1.0℃左右;在相同功率的情况下,电热板供暖时实验房间整个温升阶段平均升温速率大于普通电暖器供暖。其次,基于实验测试和计算流体力学理论,建立了本文模拟所需的三种电采暖房间的三维数学物理模型,运用ANASYS软件对房间的温度场和速度场进行模拟,通过模拟结果与实验数据对比验证模型的可靠性及模拟结果的正确性。得出三种电热采暖装置室内温度分布及气流运动特点,对三种电热采暖装置供暖时室内热环境进行评价并进一步研究电热板采用不同敷设方式及改变固体蓄热电暖器出口风速或送风角度时对室内热环境的影响,结果表明:用电热板供暖时房间温度分布最均匀,固体蓄热电暖器进行供暖时房间温度分布最不均匀;用固体蓄热电暖器供暖时由于风口出风温度较高,房间的垂直温差可高达8.0℃;当采用电热板进行供暖时,相同功率和面积相同情况下,采用顶棚敷设时供暖房间内垂直温差最大,其次是侧墙敷设,地面敷设时房间内的垂直温差最小;固体蓄热电暖器出口风速越大,室内的垂直温差、水平温差越大;固体蓄热电暖器送风角度越大,热气流进入室内后温度和速度衰减越快,加热相同时间送风角度越大室内温度分布越均匀。最后,运用Visual Studio软件开发了电热直接转换供暖设计计算软件,用户可在软件中输入采暖房间参数进行电热采暖装置的设计选型计算。比较分析三种电热采暖装置经济性得出:对于没有峰谷电价或单次采暖时间较短的地区,普通电暖器供暖的经济性最高,其次是电热板,不建议使用固体蓄热电暖器;对于有峰谷电价且全天供暖的地区,固体蓄热电暖器经济性最高。基于前文对三种电采暖装置供暖的比较研究,给出合理选择三种电热采暖装置的指导性建议。本文对普通电暖器、电热板、固体蓄热电暖器三种电热采暖装置合理选择和应用提供了理论指导依据。
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