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采暖用电热膜的研究与室内热工性能分析

作　者: 殷昊
导　师: 陈国华
学　校: 北京化工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 电热膜用导电油墨电热膜地暖电热膜墙暖实验测试动态仿真能耗分析
分类号: TU832.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

鉴于传统集中采暖方式热量损失大、易污染环境等缺陷,寻找一种既节能又减排的采暖方式已日益成为专业人士研究和发展的方向。电热膜采暖有室内热舒适性高、电热转换率高、采暖费用低、易于控制、清洁能源等优点,受到业内专家学者的普遍关注。产品从研发生产到实际应用是一个连续的过程,也是多个学科领域共同研究的结果。电热膜产品从研发到应用主要涉及材料和暖通两个领域,对这两个领域进行学科交叉研究,才能更好地了解电热膜产品的室内热工性能,研制出更符合大众需求的采暖产品。本文设计了多种电热膜用导电油墨配方,根据这些配方制作出不同尺寸的电热膜样品,并对样品的电热性能进行测试。结果表明：矩形样品尺寸为300mm×15mm,基体树脂与导电填料比例分别为6：4和5：5时,样品在交流220V电压下通电10分钟,表面发热温度分别稳定在40℃和50℃左右,这两种配方的电热膜样品分别适用于地面采暖和墙面采暖。选择与实验样品的表面发热温度和功率密度一致的电热膜,对电热膜地暖系统和墙暖系统进行室内热工性能实验测试,测试对象包括升温时间、待测点温度、24小时内的工作频率和耗能。结果表明,电热膜采暖室内升温时间短,温度分布均匀,具有良好的可行性和舒适性。以计算流体力学为理论基础,建立了实验房间的物理模型,并用Fluent软件对电热膜的采暖过程进行动态仿真,仿真结果与实验测试数据基本一致,验证了仿真模型的有效性。结果表明,电热膜采暖室内大部分区域的温度分布均匀,采暖性能也明显优于对流式采暖；同时由于电热膜地暖的地板温度较高,舒适性也会好于墙暖,更好的满足了人们对于“头凉脚热”的温度需求。利用有效的仿真模型对不同温控方案下的电热膜采暖过程进行仿真,计算出24小时内电热膜的工作时间。在分室分时的温控方案下,对北京地区电热膜采暖的平均费用进行预测,结果表明电热膜采暖的费用低于集中供暖,能够实现节能减排。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-17
第一章绪论  17-25
  1.1 研究的目的及意义  17-18
  1.2 电热膜采暖介绍  18-20
    1.2.1 电热膜采暖的发展和应用  18-19
    1.2.2 电热膜辐射供暖机理  19
    1.2.3 电热膜采暖的优点  19-20
  1.3 电热膜用导电油墨  20-22
    1.3.1 导电油墨的原料组成  20-21
    1.3.2 导电油墨的性能指标  21-22
    1.3.3 导电油墨的导电机理  22
  1.4 电热膜用导电油墨及电热膜采暖的国内外研究现状  22-23
    1.4.1 国外研究现状  22-23
    1.4.2 国内研究现状  23
  1.5 课题研究的内容  23-25
第二章电热膜用导电油墨配方的设计与分析  25-37
  2.1 实验原料及实验器材  25-26
    2.1.1 实验原料  25
    2.1.2 实验器材  25-26
  2.2 电热膜用导电油墨配方的设计  26-27
  2.3 电热膜样品制作的工艺流程  27-29
    2.3.1 油墨的配制  27-28
    2.3.2 印刷工艺  28-29
    2.3.3 固化及安装电极  29
  2.4 样品的性能测试  29-30
    2.4.1 样品的电阻率  29-30
    2.4.2 样品的表面发热温度  30
    2.4.3 样品的老化性能  30
  2.5 样品性能测试结果及分析  30-36
    2.5.1 样品电阻率的测试结果及分析  30-32
    2.5.2 样品表面发热温度的测试结果及分析  32-35
    2.5.3 样品老化性能的测试结果  35-36
    2.5.4 电热膜样品的选择  36
  2.6 本章小结  36-37
第三章基于电热膜采暖的室内热工性能测试  37-45
  3.1 实验环境  37
  3.2 实验方案  37-38
  3.3 测温点的选择  38
  3.4 实验步骤  38-39
  3.5 测试结果及分析  39-44
    3.5.1 温控点的升温曲线  39-40
    3.5.2 不同时刻的室内测温点温度  40-42
    3.5.3 地暖和墙暖中电热膜的运行工况  42-43
    3.5.4 电热膜采暖系统的能耗  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章电热膜辐射采暖性能的动态仿真与分析  45-67
  4.1 电热膜采暖的动态仿真  45-50
    4.1.1 计算流体力学概论  45-46
    4.1.2 房间物理模型的建立  46
    4.1.3 网格的划分  46
    4.1.4 传热数学模型的建立  46-49
    4.1.5 材料属性及边界条件的确定  49-50
    4.1.6 方程的离散求解  50
  4.2 电热膜地暖仿真计算结果分析  50-55
    4.2.1 温控点的温度变化曲线  50-51
    4.2.2 地板表面温度分析  51-52
    4.2.3 不同截面的温度场和速度场  52-55
  4.3 电热膜墙暖仿真计算结果分析  55-59
    4.3.1 温控点的温度变化曲线  55-56
    4.3.2 地板表面温度分析  56
    4.3.3 不同截面的温度场和速度场  56-59
  4.4 电热膜地暖与墙暖模拟计算结果对比  59-61
    4.4.1 电热膜工作情况对比分析  59
    4.4.2 室内空气温度对比  59-61
  4.5 实验结果与模拟结果对比分析  61-65
    4.5.1 室内升温时间对比分析  61-62
    4.5.2 室内待测点温度对比分析  62-64
    4.5.3 电热膜工作情况对比分析  64-65
  4.6 电热膜地面采暖与墙面采暖的可行性分析  65-66
  4.7 本章小结  66-67
第五章电热膜地暖系统的能耗分析  67-77
  5.1 温控器的选择与安装  67
  5.2 温控方案的设计  67-68
  5.3 电热膜运行时间的仿真  68-73
  5.4 电热膜采暖的耗能分析  73-75
    5.4.1 6种温控方案下电热膜采暖能耗分析  73-74
    5.4.2 电热膜采暖的费用计算  74-75
  5.5 本章小结  75-77
第六章结论与展望  77-79
  6.1 结论  77-78
  6.2 展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83-85
研究成果及发表的学术论文  85-87
作者及导师简介  87-89
附件  89-90

采暖用电热膜的研究与室内热工性能分析

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