一種基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，基于地板輻射采暖的地板結構、地埋管結構，從而確定其傳熱模型、地板結構參數、地埋管參數，進而確定管內流動的對流換熱系數及地埋管表面平均溫度，利用傳熱模型得到地埋管向上及向下的傳熱量，再利用能量守恒原理，最終得到基于流量測量后的地板輻射采暖的換熱量。該方法不需進行供熱供回水溫度差測量，使得操作步驟更加簡潔、設備故障率低、安裝更加方便、利于節能、可靠性高。
【專利說明】一種基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱量計量領域，特別涉及一種主要應用于地板輻射采暖末端的基于流量計量的熱量計量方法。
【背景技術】
[0002]地板輻射采暖是通過在地面下敷設熱水輸送散熱盤管，利用地面自身的蓄熱輻射而將熱量向地面上的空間散發，維持該空間具有較穩定合適溫度狀態的技術。低溫地板輻射采暖符合《節能法》的要求，具有較好的節能效果，低溫地板輻射采暖系統在城市住宅建筑中得到越來越廣泛的采用，被公認為是當今較為理想的供暖方式。
[0003]為了保證冬季室內的熱舒適性，需要供暖系統向建筑物提供維持室內溫度的熱量。對采暖房間來說，當室內溫度穩定的時候，建筑物的采暖熱負荷Q1，應等于供熱設備的放熱量Q2,也等于管道供給建筑物的熱量Q3,即=Q1 = Q2 = Q3。計量采暖系統供熱量的儀表開發都是基于上式進行的。由于開發計量儀表的側重點不同，從而有不同的計量方法，主要有以下三種:(I)通過測定用戶的熱負荷確定用戶的耗熱量(該方法是測定室內外溫度并對供暖季內室內外溫差累計求和，然后乘以房間系數，該方法采用的儀表為測溫儀表)、
(2)通過測定用戶末端設備的散熱量來確定用戶的耗熱量(該方法是利用散熱器平均溫度與室內溫度差值之間的關系來確定散熱器的散熱量，采用的儀表為熱量分配表)、(3)直接測定用戶從供暖系統獲得的熱量(該法通過對入戶系統的流量和供回水溫度進行測量計算供熱量，采用的儀器為熱量表)。
[0004]目前國內已有應用的熱計量方法包括:溫度法，分配表法，戶用熱量表法等。溫度法和分配表法設備簡單，初投資低，且避免了熱量分攤計算中難以解決的分戶計量問題，但是溫度法無法解決用戶開窗造成的熱量損失問題，而分配表法安裝過程復雜。戶用熱表法計量精確，適用范圍廣，但是投資較高，且對系統水質要求較高。本法(基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法)可以在相當程度上解決以上問題。首先，本法基于試驗所得到的流量與熱量關系模型，可以滿足熱計量的準確度；其次，本法采用流量表代替熱量表進行測量，測量方法簡單易行，且使用時安全可靠；再次，基于流量熱量關系模型的熱計量裝置投資較小，具有明顯的經濟優勢。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于，針對現有熱計量方法的共同缺點，尤其針對在進行熱計量的同時要進行溫度的多點測量這一缺點，提出一種應用于低溫熱水地板輻射采暖末端的基于流量熱量關系模型的熱計量方法，在精確計量熱量、合理解決現存熱計量方法共同存在的問題的前提下，特別地，不需進行溫度的多點測量，使得計量更加簡潔、設備故障率低、安裝更加方便、利于節能、可靠性高。
[0006]地板輻射采暖末端供熱能力大小與采暖房間室內空氣溫度、地板結構參數及地埋管參數、系統運行狀況(供水溫度)以及供水流量等諸多因素有關。針對特定用戶而言，室內空氣溫度是可控的。針對特定的工程項目及熱源形式，地板結構參數唯一確定，系統運行狀況呈現出特定的規律性。因此，針對特定用戶、特定工程項目及熱源形式而言，影響室內供熱量大小的主要因素為供水流量。通過流量計對各時刻供回水流量的直接測量，通過基于流量與熱量關系的分析，通過軟件分析計算，即可獲得與之對應的熱量關系。通過鑲嵌在流量計中的積分儀對某一時段的與流量計測量的流量曲線對應的熱量曲線積分計算，即可獲得該時段內熱用戶的實際耗熱量大小。
[0007]實現本發明目的的技術方案是，提供一種基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，基于地板輻射采暖的地板結構、地埋管結構，從而確定其傳熱模型、地板結構參數、地埋管參數，進而確定管內流動的對流換熱系數及地埋管表面平均溫度，利用傳熱模型得到地埋管向上向下的傳熱量，再利用能量守恒原理，最終得到基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖的換熱量及采暖房間的單位面積熱負荷。
[0008]本發明基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱量計量方法，包括下述步驟:
[0009]步驟1:根據地板輻射采暖的地板結構模型、地埋管結構，確定其傳熱模型、地板結構參數和地埋管參數，得到地埋管供水溫度h、室內空氣溫度&和供水干管載熱流體的流量值m ；
[0010]步驟2:根據傳熱模型、地板結構參數和地埋管參數，確定地板填充層厚度修正系數、地板向上的傳熱系數Ku和向下的傳熱系數Kd ；
[0011]步驟3:根據地埋管參數、供水干管載熱流體的流量值m，確定各地埋管的流量值qm、各地埋管管內流速V，得到的各地埋管內流體雷諾數Re，確定流態；
[0012]步驟4:根據上述管內流體雷諾數Re，確定準則方程，得到管內流體努謝爾特數Nu、及對流換熱系數h ;
[0013]步驟5:根據步驟2得到的地埋管向上的傳熱系數Ku、向下的傳熱系數Kd和步驟4得到的管內流動的對流換熱系數h，得到供水溫度h，確定管內流體的平均溫度t?，得到地埋管表面平均溫度tsm ；
[0014]步驟6:根據上述得到的地埋管表面平均溫度tsm、室內空氣溫度t,，得到地埋管向上傳熱量Qu、地埋管向下傳熱量Qd，得到的總換熱量Q及單位面積熱負荷qu。
[0015]優選地，所述步驟2中傳熱模型，設定地板表面為等溫面，地埋管為室內唯一熱源，地埋管單管管間距唯一，各地埋管流量平均分配，熱水定壓比熱容Cp為4180了/(kg.°C ) ο
[0016]優選地，所述步驟2中地板結構參數、地埋管參數按照地板結構模型包括面層、找平層、填充層、地埋管層、絕熱層和結構層。
[0017]優選地，所述步驟2確定向上的傳熱系數Ku、向下的傳熱系數Kd，按如下過程進行:
[0018](2a)根據傳熱模型、地板結構參數、地埋管參數，對填充層厚度a和b做修正:
[0019](2b)根據地板結構參數、地埋管參數、填充層厚度，獲得地埋管向上的傳熱系數Ku、向下的傳熱系數Kd。
[0020]優選地，所述步驟3得到的各地埋管內流體雷諾數Re，確定流態，按如下過程進行:
[0021](3a)根據地埋管參數、供水干管載熱流體的流量值m、地埋管管數n，利用公式
【權利要求】
1.一種基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱量計量方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: 步驟1:根據地板輻射采暖的地板結構模型、地埋管結構，確定其傳熱模型、地板結構參數和地埋管參數，得到地埋管供水溫度、室內空氣溫度k和供水干管載熱流體的流量值m ; 步驟2:根據傳熱模型、地板結構參數和地埋管參數，確定地板填充層厚度修正系數、地板向上的傳熱系數Ku和向下的傳熱系數Kd ； 步驟3:根據地埋管參數、供水干管載熱流體的流量值m，確定各地埋管的流量值qm、各地埋管管內流速V，得到的各地埋管內流體雷諾數Re，確定流態； 步驟4:根據上述管內流體雷諾數Re，確定準則方程，得到管內流體努謝爾特數Nu、及對流換熱系數h ； 步驟5:根據步驟2得到的地埋管向上的傳熱系數Ku、向下的傳熱系數Kd和步驟4得到的管內流動的對流換熱系數h，得到供水溫度h，確定管內流體的平均溫度，得到地埋管表面平均溫度tsm ； 步驟6:根據上述得到的地埋管表面平均溫度tsm、室內空氣溫度k，得到地埋管向上傳熱量Qu、地埋管向下傳熱量Qd，得到的總換熱量Q及單位面積熱負荷qu。
2.根據權利要求1所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟2中傳熱模型，設定地板表面為等溫面，地埋管為室內唯一熱源，地埋管單管管間距唯一，各地埋管流量平均分配，熱水定壓比熱容Cp為4180J/(kg.°C )。
3.根據權利要求1所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟2中地板結構參數、地埋管參數按照地板結構模型包括面層、找平層、填充層、地埋管層、絕熱層和結構層。
4.根據權利要求1-3任一項所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟2確定向上的傳熱系數Ku、向下的傳熱系數1^，按如下過程進行: (2a)根據傳熱模型、地板結構參數、地埋管參數，對填充層厚度a和b做如下修正:
5.根據權利要求1所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟3得到的各地埋管內流體雷諾數Re，確定流態，按如下過程進行: (3a)根據地埋管參數、供水干管載熱流體的流量值m、地埋管管數n，利用公式Qm - 一獲得各地埋管的流量值qm ； (3b)根據上述各地埋管的流量值qm、管內徑<，得到管內的載熱流體流速V:
6.根據權利要求1所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟4得到管內流體努謝爾特數Nu、對流換熱系數h，按如下過程進行: (4a)根據管內流動的雷諾常數Re，判斷管內流體的流動狀態，得到管內流動的努謝爾特數Nu:
7.根據權利要求6所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，判斷管內流體的流動狀態，具體判斷如下: 當Re < 2300時，管內流動為層流，Nu = 3.66 ；
當 2300 < Re < IO4, 1.5 < Prf < 500
8.根據權利要求1所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟5得到地埋管表面平均溫度tsm，按如下過程進行； (5a)根據步驟2得到的地埋管向上的傳熱系數Ku、向下的傳熱系數Kd和步驟4得到的管內流動的對流換熱系數h，得到管內流體的平均溫度:
9.根據權利要求1所述的基于流量熱量關系模型的地板輻射采暖熱計量方法，其特征在于，所述步驟6得到的單位面積熱負荷qu總換熱量Q，按如下過程進行: (6a)根據地埋管表面平均溫度tsm、室內空氣溫度&、地埋管向上的傳熱系數Ku，得到單位面積熱負荷及地埋管向上傳熱量Qu ;
Qu = Ku(tsm_tr) Qu = KuF (tsm-tr)(10)其中:F為地板面積，m2 ； tsm為地埋管表面平均溫度，V ; 仁為室內空氣溫度，°C ; (6b)根據地埋管表面平均溫度tsm、室內空氣溫度V向下的傳熱系數Kd，得到地埋管向下傳熱量Qd ； Qd = KdF (tsm-tr)(11) 其中:F為地板面積，m2 ； tsm為地埋管表面平均溫度，V ; 仁為室內空氣溫度，°C ; (6c)根據地埋管向上傳熱量Qu、地埋管向上傳熱量Qd，得到總換熱量Q: Q 一 Qu~*~Qd(12)。
【文檔編號】G01K17/06GK103983378SQ201410235060
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】王智偉, 閆清, 楊鋒斌, 閆增峰 申請人:西安建筑科技大學