周期性环境条件下围护结构热物性对热控系统能耗及目标热控效果的影响

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采用合肥、南京、新疆若羌和黑龙江漠河地区典型气象日及典型气象年数据,探讨周期性环境条件下围护结构热物性对主动通风式热控系统的能耗和目标表面温度时间稳定性及空间均匀性等热控效果的影响。为分析围护结构热物性的作用,采用I-DEAS软件构建实体模型,使用软件中热分析模块(TMG)和电子冷却模块(ESC)分析系统的温度场。选择几种特定的材料,针对不同地区不同典型气候条件,研究围护结构导热系数和体积比热容对系统能耗及热控效果的影响规律,发现降低围护结构导热系数和增大体积比热容有助于降低系统能耗和提高目标表面温度的时间稳定性及空间均匀性。为深入理解围护结构热物性对系统能耗和热控效果影响的一般性影响规律,将实体模型简化为平板模型,基于简化模型遍历分析了典型气象日和典型气象年环境条件下,围护结构的导热系数和体积比热容这两个关键参数对目标热控效果及系统能耗的影响,发现体积比热容的作用规律对导热系数的取值以及进风温度与环境日平均温度的相对高低有很强的依赖。环境日平均温度高于或远低于进风温度时,围护结构热控效果及系统能耗的主要决定因素为导热系数。环境日平均温度与进风温度接近时,在导热系数小于0.1W/(mK)的情况下,体积比热容对热控效果及系统能耗影响较小;但导热系数高于0.1W/(mK)时,增大体积比热容可降低系统平均功耗并提高目标表面温度的时间稳定性及空间均匀性。对比相变材料和隔热材料分别作为高体积比热容和低导热系数围护结构的典型算例,发现使用具有低导热系数和高体积比热容的围护结构材料可降低系统平均功耗、提高目标表面温度的时间稳定性及空间均匀性。
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