电地暖温度场数值模拟及软件分析

李贵燕罗勇

（1.陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 714000 2.石家庄铁道大学 河北石家庄 054300）

1 电地暖的优缺点

电地暖以其节能、环保、舒适、健康等特点，迅速进入采暖市场，取得了人们的认可。电地暖以其优于水地暖的多项优势，占据了大部分地暖市场的份额，再加上天燃气的不断涨价，电地暖作为节能舒适的采暖方式取代传统采暖的趋势已经不可逆转。

2 电地暖数值模拟及分析

2.1 研究目的

本文主要目的是研究电地暖在运行一段时间后，室内温度的变化。而要求出室内温度的变化，需要求出地板的导热量，地板与室内空气的对流换热量，地板与周围墙壁的辐射换热量，外墙的蓄热量，室内空气的蓄热量，及传出的热量。因此需要知道5个特征点的温度，即：地板上表面的温度，地板下表面温度，室内空气的温度，外墙内表面温度，外墙外表面的温度。

2.2 房间模型的建立

选取一间简易的房间作为研究对象，构建模型如图1。

图1 地板采暖简易模型

2.3 热平衡方程

步骤如下：

（1）首先给定空气初始温度和相关边界条件；

（2）计算室内的稳态温度分布；

（3）把室内温度场的稳态解作为初值，将非稳态特征点温度代入，进行非稳态计算；

（4）将得到的室内，地板及墙体各表面温度，代入能量平衡方程，求解各特征点的温度；

（5）2次计算误差小于0.001，转入下个时间步；否则将得到的值作为初值，继续计算；

（6）得到结果并输出，同时绘制温度的变化曲线。

2.4 参数选取依据

表1 计算房间的相关参数

3 数据分析

3.1 特征点温度随时间的变化规律

图2 加热功率对室内升温速率的影响

结论：程序所得数据显示，随着时间的延长，各特性征点温度越来越高，到加热3h以后，变化得越来越缓慢，说明室内已基本达到了热平衡状态。

3.2 加热功率对室内升温速率的影响

图3 加热功率对室内升温速率的影响

结论：程序所得数据显示，在其他条件不变时，加热的功率越大，室内升温越快，加热一段时间后，达平衡，温度趋于不变。

研究结论：

本文的创新工作是系统地分析电地暖在不同的加热功率、不同的地板厚度、不同的室外温度、不同的地板材质时启动运行过程中，室内温度随时间的变化情况和各部分热量所占比例。主要结论如下：

（1）在初始参数均为地板厚度30mm；功率150W/m2；室外温度-8℃；相对误差0.001时，随着时间的延长，各特性征点温度越来越高。

（2）在初始参数均为地板厚度30mm；室外温度-8℃；相对误差0.001时，随着电缆加热功率的增大，室内升温越快。

（3）在初始参数均为电缆加热功率150W/m2；室外温度-8℃；相对误差0.001时，随着地板厚度的增大，室内升温越慢。

（4）在初始参数均为电缆加热功率150W/m2；室外温度-8℃；相对误差0.001时，随着地板的导热系数的增大，室内升温越快，但影响并不大。

（5）在初始参数均为地板厚度30mm；功率150W/m2；相对误差0.001时，随着室外温度的升高，室内升温越快，相同时间达到的室内温度越高。