基于TRNSYS的供水管加肋辐射地板节能性研究

本文基于肋片效率法提出了一种简化加肋供水管辐射地板模型，将计算结果与实验数据比较，得出该模型上表面、下表面温度及出口水温均方根误差分别为0.03℃、0.36℃和0.08℃，验证了该模型的准确性。利用该简化模型，通过TRNSYS搭建了空气源热泵空调系统对杭州某住宅的供热仿真平台。并在该平台分析了供水管加肋辐射地板在间歇运行下的节能性，结果表明该地板对比普通地板在供暖周期内空调系统总能耗降低18.64%，空气源热泵COP提高了0.065，地板响应时间提高了57.1%。

近年来，地板辐射供暖系统越来越受消费者的欢迎，因为它们提供了更好的舒适性、热稳定性和能源效率。地板辐射采暖系统与太阳能、地热能、风能等可再生能源技术相结合，可以减少一次能源的使用和消耗，提高能源效率，降低地板辐射采暖系统的运行成本。

在地板辐射采暖系统运行过程中，由于混凝土地板末端具有较大的热惯性，传统基于规则的控制方式并不能使室内温度像传统空调快速地满足室内热舒适要求。Joe 等[1]引入了基于模型预测控制的智能运行策略，以优化水循环辐射地板系统的性能，最大限度地降低能耗和成本。除优化辐射地板的控制方式外，在普通混凝土地板种结合相变材料，可以转移室内冷热负荷，利用较为廉价的低谷电对相变材料蓄热蓄冷，提高系统经济性，且相变材料加入使室温更稳定，人体热舒适性更好[2]。Chen 等[3]建立了某建筑的状态空间模型，利用该建筑实测数据验证了模型的准确性，基于该模型分别运行PID 和MPC 控制策略， 比较结果表明MPC 控制器相比于PID控制器降低能耗14.9%， 提高空气源热泵能效比COP24.5%， 地板响应时间减少56%。在混凝土辐射末端热工性能的研究基础上，研究人员目前主要以改进终端结构提高温度和热响应为主要目的。Ma 等[4]设计了一种带翅片供水管的混凝土辐射地板，该地板相较于普通混凝土地板，释热性能不变的情况下蓄热性能提高了2 倍。

然而，在房间环境温度变化的情况下，加肋供水管辐射地板为满足室内需热量，运行阶段的系统总能耗等却没有得到探讨。本文提出了一种简化的加肋地板模型并结合杭州地区某住宅建筑，设计了一套空调系统，对该地板的节能效果、响应时间、室内舒适性进行了研究。

2. 地板模型 2.1. 简化地板模型 数值计算和简化模型模拟是模拟混凝土核心冷却板动态热性能的两种常用方法[5]。前者更准确，但耗时，而后者则节省时间，足够准确，适合实际使用。且加肋地板模型由于其复杂性，仿真时间必然会更长，故提出一种替代方法。

2.1.1. 肋片效率法 在一段混凝土辐射楼板中，给水管壁与周围混凝土之间的传热过程为二维热传导过程。考虑供水管