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Supervised by Ministry of Industry and Information Technology of The People''s Republic of China Sponsored by Harbin Institute of Technology Editor-in-chief Yu Zhou ISSNISSN 1005-9113 CNCN 23-1378/T

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Related citation:Baogang Zhang,Lin Lyu,Ming Liu,Guanglei Li,Pengli Yuan.Burning Cave-Pipe Coil-Kang Coupled Heating System Research[J].Journal of Harbin Institute Of Technology(New Series),2018,25(4):56-64.DOI:10.11916/j.issn.1005-9113.17108.
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Burning Cave-Pipe Coil-Kang Coupled Heating System Research
Baogang Zhang1,Lin Lyu1,Ming Liu2,Guanglei Li1,Pengli Yuan1
(1.Laboratory of Building Environment and New Energy Resources, Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China;2.School of Architecture and Fine Art, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China)
Abstract:
Nowadays, people still rely on traditional heating methods in rural areas of northern China, such as Kang (bed-stoves) and burning caves in cold winter. Field measurements of indoor environment were carried out in several rural houses with burning-cave-coil-Kang coupling heating system in northern China. The results show that this system is able to realize the graded use of internal energy of burning cave. The temperature of supply pipe water ranged from 30 ℃ to 50 ℃ which met the demands in 74.7% of time. The surface temperature of Kang maintained at above 25 ℃. Compared with traditional burning cave, using burning-cave-coil-Kang coupled with heating system has a higher thermal efficiency of 48.9%, which is 8.32% higher than the traditional one.
Key words:  burning cave  pipe coil  Kang  coupled heating system  thermal performance
DOI:10.11916/j.issn.1005-9113.17108
Clc Number:TU832.1
Fund:
Descriptions in Chinese:
  

燃池-盘管-炕耦合采暖系统的研究

张宝刚1 吕琳1 刘鸣2 李光磊1 袁鹏丽1

(1.大连理工大学 建设工程学部 建筑环境与新能源研究所,辽宁 大连 116024;

2.大连理工大学 建筑与艺术学院,辽宁 大连 116024)

创新点说明:

本文首次提出了燃池-盘管-炕耦合采暖系统,该系统以水为介质,充分利用燃池热量加热炕面,并保证了中医学中“温足而头凉”的炕面温度分布。传统的燃池无法满足农户习惯于炕上的生活方式,而新型燃池-灶连炕系统仍存在炕面温度局部过热现象。该燃池-盘管-炕耦合采暖系统充分利用燃池热量,提高燃池热效率,改善了炕面温度分布,避免了间歇性供暖导致的室内热不稳定性。已成功申请实行新型专利。

研究目的:

根据现有燃池热利用中存在的问题,提出了燃池-盘管-炕的耦合采暖系统,对其运行效果及热性能进行研究。分析燃池本体的热源温度变化、燃池地板温度以及地板的热量输出,针对管道系统进行了供回水管壁温度的分析、管道热量分布的研究,并对炕面温度、散热特性进行了分析,研究了该系统的供暖效果及其系统热量分布和综合热效率,为该新型系统的推广应用奠定了基础。

研究方法:

搭建燃池-盘管-炕耦合采暖系统。本实验的主要测试参数包括室内外温湿度、炕面温度、围护结构内壁面温度、燃池内温度场及燃池内部烟气温度、燃池地板温度、供回水管道壁温度、炕面上方及燃池地板上方空气温度、室内空气品质。其中室内外温湿度采用Testo德图温湿度自动记录仪,测试间隔为10min,测点布置在室内中心离地面的1.5m处;燃池地板上方及炕面上方温度采用Testo德图温湿度自动记录仪,距离炕面及地面均为0.8m;室内CO2采用TestoCO2自动记录仪进行测试,测试间隔为30s;炕面温度、燃池地板温度、供回水管道壁温度及室内围护结构壁面温度均采用JTNT-A多通道温度热流测试仪,测试间隔为10min,围护结构内壁面在中部布置1个测点,测试时利用凡士林和铝箔纸对温度探头进行相应处理;燃池内部温度及烟气温度利用K型热电偶+昌辉SWP-ASR彩色无纸记录仪,测试间隔为1min。

结果:

(1)实验分析燃池内燃料层温度及烟气温度,结果表明以玉米芯为燃料进行的阴燃燃烧持续时间约为216h,阴燃燃烧平均燃烧速度为0.25mm/h,燃池内部烟气温度稳定;

(2)在燃池内部温度的基础上,分析了燃池地板的温度变化,其地板温度偏高出现超过40℃的现象,主要由于该燃池地板构造层不同,导致该地板的储热能力小;通过分析燃池地板的热量输出可得该燃池地板中的辐射换热量大于对流换热量,总热量输出平均为178.44W/m2,最大热量输出为360W/m2,需对地板构造进行合理设计。

(3)通过对供回水管壁的实验分析可得进入炕盘管的进口管壁温度变化范围为21~46.3℃,进出口管壁温差最大为8.6℃,该炕盘管进水温度中有74.7%满足规范要求;供回水管道的总热量包括炕面散热量及管道热损失,通过计算管道热损失可得由于该管道位于耦合采暖室内,管道热损失占总热量的15.7%。

(4)根据有关炕面热特性的实验测试结果分析可得该燃池-盘管-炕耦合采暖系统中的炕面温度中以被褥进行夜间工况模拟的测点温度始终保持25℃以上,最高温度为34℃,该温度满足了人体所需热舒适范围,避免了传统灶连炕系统出现的超过40℃的过热现象,其中以炕面为散热面可为室内提供最大热量86.27W/m2

结论:

(1)本文提出了基于北方农户传统生活方式的耦合采暖系统,并结合人体生理规律“温足而凉顶”的原理进行了燃池-盘管-炕耦合采暖系统的设计搭建,对其进行了实验和理论分析。结果表明该燃池的热源温度变化符合阴燃燃烧规律,并计算得阴燃燃烧的平均速度为0.25mm/h;供回水管壁温度中进口管壁温度有74.7%处于30~50℃之间,该温度符合地板辐射供暖的规定;利用供回水管为炕面提供热量,其中采用该种新型炕系统的炕面温度在模拟夜间睡眠环境下满足人体热舒适,最高温度为34℃,未出现超过40℃的现象,炕面测点温度变化趋势满足了“温足而头凉”的原理。

(2)利用管道系统从燃池内部所带出的总热量中管道热损失所占比例为15.7%,而燃池内部有效热量中的地板散热所占总有效热量的比例最大为78.14%,炕面所占比例为18.37%,以水为介质的管道系统的有效热量利用率较低;综合该系统的有效利用热量可得该系统的综合热效率最高为48.9%,比传统燃池高8.32%,燃池结构及建筑热工性能仍需改善。

(3)申请了燃池-地热盘管耦合采暖系统实用新型专利(ZL 2014 2 0526447.8 4098273)

关键词:燃池、盘管、炕、耦合供热系统、热性能

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