随着经济的不断发展,能源和环境问题仍然是我国现阶段面临的突出问题。在建筑上使用新型采暖末端,发展节能、环保、舒适的供暖系统,已成为行业发展的重要任务。低温热水地板辐射采暖系统凭借节能性与舒适性等特点,在我国得到了较大范围的应用。本文提出并设计了一种新型基于微热管阵列的地板辐射采暖形式,以平板微热管阵列作为核心传热元件,利用其传热效果好、比表面积大等特点,从整体上提升地面辐射板的传热性能。采用细小通道扁管作为热媒通道与热管贴合,有效减小两者的接触热阻,在强化流体侧换热的同时,实现了细小通道扁管与平板微热管阵列的干式连接,减小了腐蚀,降低了漏水风险。本文对基于微热管阵列的地板辐射采暖换热系统及传热单元的传热性能进行了实验与模拟研究,主要工作与结论如下:(1)对微热管阵列性能进行实验研究,为其应用于地板采暖提供理论依据与应用基础。实验结果表明微热管阵列在不同环境温度及不同加热温度条件下,均具有良好的均温性及传热性能。设计了两种不同结构的基于微热管阵列的地板采暖形式,分别为水泥-瓷砖地板结构及龙骨-木地板结构,以满足不用用户需求。(2)对微热管阵列地板采暖换热模块进行实验研究与分析,主要包括微热管阵列在地板采暖传热过程中的均温性、不同供水温度及流量下换热模块的性能、通过热阻分析,提供换热模块优化方案以及细小通道扁管的阻力分析。实验结果表明,微热管阵列应用于地板辐射采暖模块中具有良好的应用条件。微热管阵列均温性良好,热管冷凝段温差在1℃左右;影响新型地板辐射采暖换热模块性能的影响因素主要为供水温度,热媒流量的影响较小。在相同的供水温度及室内设计温度下,微热管阵列辐射地板的传热功率比常规盘管地板的传热功率高20-40W/m~2;达到相同传热功率时,微热管阵列辐射地板的供水温度可比常规盘管辐射地板低5℃左右,供水温度为35～45℃即可满足采暖房间的需求。换热单元主要热阻为导热硅胶的热阻及水泥填充层的热阻。拟合热媒流动阻力特性曲线为y=0.21763+11.16443x~2(y的单位为k Pa,x单位为m~3/h)。当供暖面积为16 m~2,管内流速为0.41m/s时,细小通道扁管的阻力比盘管阻力小2.1k Pa。(3)对基于微热管阵列的地板辐射采暖系统进行实验研究,对比分析两种不同地板结构形式在不同供水温度及流量下的传热性能,预热与蓄热性能。实验结果表明,相同条件下,水泥-瓷砖型地板结构的总散热量为龙骨-木地板型散热量的2-2.5倍,地板表面均温高3-5℃;供水温度为40℃,管内流速为0.19m/s时,系统总换热量为52.59W/m~2,室内环境温度为18.95℃,瓷砖表面均温为26.45℃,木地板表面均温为22.63℃,满足室内供暖需求。在传热过程中,相同条件下,水泥-瓷砖地板结构的传热性能优于龙骨-木地板结构。预热过程两种地板表面平均温度近似呈现指数规律上升,预热时间为1h时,室内温度及地板表面均温趋于稳定。(4)建立不同地板结构形式的微热管阵列地板采暖传热单元三维稳态传热模型,并采用有限容积法进行数值求解。将实验数据与模拟结果进行对比,验证模型准确性。利用该模型进行地板传热过程模拟以及影响因素的模拟分析,并对地板结构进行优化,在细小通道扁管上方敷设20mm厚的聚苯乙烯挤塑板,优化后的地板结构细小通道扁管上方地板表面温度降低,地板表面最大温差降低了3.35℃,地板表面温度不均匀度减小,热舒适性增强。