電地暖溫度場(chǎng)數(shù)值模擬及軟件分析

李貴燕羅勇

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西渭南 714000 2.石家莊鐵道大學(xué) 河北石家莊 054300）

1 電地暖的優(yōu)缺點(diǎn)

電地暖以其節(jié)能、環(huán)保、舒適、健康等特點(diǎn)，迅速進(jìn)入采暖市場(chǎng)，取得了人們的認(rèn)可。電地暖以其優(yōu)于水地暖的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了大部分地暖市場(chǎng)的份額，再加上天燃?xì)獾牟粩酀q價(jià)，電地暖作為節(jié)能舒適的采暖方式取代傳統(tǒng)采暖的趨勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。

2 電地暖數(shù)值模擬及分析

2.1 研究目的

本文主要目的是研究電地暖在運(yùn)行一段時(shí)間后，室內(nèi)溫度的變化。而要求出室內(nèi)溫度的變化，需要求出地板的導(dǎo)熱量，地板與室內(nèi)空氣的對(duì)流換熱量，地板與周圍墻壁的輻射換熱量，外墻的蓄熱量，室內(nèi)空氣的蓄熱量，及傳出的熱量。因此需要知道5個(gè)特征點(diǎn)的溫度，即：地板上表面的溫度，地板下表面溫度，室內(nèi)空氣的溫度，外墻內(nèi)表面溫度，外墻外表面的溫度。

2.2 房間模型的建立

選取一間簡(jiǎn)易的房間作為研究對(duì)象，構(gòu)建模型如圖1。

圖1 地板采暖簡(jiǎn)易模型

2.3 熱平衡方程

步驟如下：

（1）首先給定空氣初始溫度和相關(guān)邊界條件；

（2）計(jì)算室內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度分布；

（3）把室內(nèi)溫度場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)解作為初值，將非穩(wěn)態(tài)特征點(diǎn)溫度代入，進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)計(jì)算；

（4）將得到的室內(nèi)，地板及墻體各表面溫度，代入能量平衡方程，求解各特征點(diǎn)的溫度；

（5）2次計(jì)算誤差小于0.001，轉(zhuǎn)入下個(gè)時(shí)間步；否則將得到的值作為初值，繼續(xù)計(jì)算；

（6）得到結(jié)果并輸出，同時(shí)繪制溫度的變化曲線。

2.4 參數(shù)選取依據(jù)

表1 計(jì)算房間的相關(guān)參數(shù)

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 特征點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖2 加熱功率對(duì)室內(nèi)升溫速率的影響

結(jié)論：程序所得數(shù)據(jù)顯示，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，各特性征點(diǎn)溫度越來(lái)越高，到加熱3h以后，變化得越來(lái)越緩慢，說(shuō)明室內(nèi)已基本達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。

3.2 加熱功率對(duì)室內(nèi)升溫速率的影響

圖3 加熱功率對(duì)室內(nèi)升溫速率的影響

結(jié)論：程序所得數(shù)據(jù)顯示，在其他條件不變時(shí)，加熱的功率越大，室內(nèi)升溫越快，加熱一段時(shí)間后，達(dá)平衡，溫度趨于不變。

研究結(jié)論：

本文的創(chuàng)新工作是系統(tǒng)地分析電地暖在不同的加熱功率、不同的地板厚度、不同的室外溫度、不同的地板材質(zhì)時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化情況和各部分熱量所占比例。主要結(jié)論如下：

（1）在初始參數(shù)均為地板厚度30mm；功率150W/m2；室外溫度-8℃；相對(duì)誤差0.001時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，各特性征點(diǎn)溫度越來(lái)越高。

（2）在初始參數(shù)均為地板厚度30mm；室外溫度-8℃；相對(duì)誤差0.001時(shí)，隨著電纜加熱功率的增大，室內(nèi)升溫越快。

（3）在初始參數(shù)均為電纜加熱功率150W/m2；室外溫度-8℃；相對(duì)誤差0.001時(shí)，隨著地板厚度的增大，室內(nèi)升溫越慢。

（4）在初始參數(shù)均為電纜加熱功率150W/m2；室外溫度-8℃；相對(duì)誤差0.001時(shí)，隨著地板的導(dǎo)熱系數(shù)的增大，室內(nèi)升溫越快，但影響并不大。

（5）在初始參數(shù)均為地板厚度30mm；功率150W/m2；相對(duì)誤差0.001時(shí)，隨著室外溫度的升高，室內(nèi)升溫越快，相同時(shí)間達(dá)到的室內(nèi)溫度越高。