مدل سازي و بهينه سازي سيستم گرمايش از كف در ساختمان

Modeling and Optimization of Under-Floor Heating in Buildings

مقاله حاضر به مدلسازي و بهينه سازي سيستم گرمايش از كف با لوله هاي پكس (Pex ) مي پردازد. براي مدلسازي سيستم، ناحيه محاسباتي به دو بخش تقسيم مي شود. ناحيه اول عبارت است از ناحيه فوقاني كف كه در برگيرنده هواي اتاق و ديواره هاي آن مي باشد. اين ناحيه با استفاده از مدل چند ناحيه اي (multizone model ) مدلسازي مي شود. در اين مدل، ناحيه اول به صورت يك حجم كنترل در نظر گرفته شده و معادلات غير خطي انرژي در آن به وسيله روش نيوتن رافسون حل مي گردد. ناحيه دوم، ناحيه زيرين كف است كه شامل لوله هاي گرمايش، بتن و كف پوش مي شود. اين ناحيه به صورت عددي مدلسازي مي شود. با تلفيق مدلسازي نواحي اول و دوم، مدلسازي كل سيستم تكميل مي گردد. براي بهينه سازي سيستم گرمايش از كف، يك تابع هدف پيشنهاد شده و قطر لوله، ضخامت بتن، نوع و ضخامت كف پوش و سرعت آب گرم درون لوله ها به عنوان متغيرهاي تصميم گيري ( پارامترهاي طراحي) در نظر گرفته مي شود. در ادامه، حساسيت تابع هدف به تغيير متغيرهاي تصميم گيري مورد بررسي قرار مي گيرد. و در نهايت، اثرات تغيير دماي اتمسفر و ضخامت عايق حرارتي ساختمان بر پارامترهاي طراحي مورد ارزيابي قرار مي گيرد.

This paper deals with modeling and optimization of under-floor heating by Pex pipes. For modeling, the calculation region is divided into two sections. First section is above the floor comprising room space and its walls. For this section, the Multizone model is used. In this model, the first section is considered as a Control Volume and its non-linear energy equations are solved by Newton-Raffson method. Second section is the floor and below comprising heating pipes, concrete and floor covering. This section is modeled by numerical method. Through combining the modeling of first and second sections; simulation of the total system is completed. For optimization of under floor heating system, a goal function has been defined. Pipe diameter, concrete thickness, type and thickness of floor covering, and hot water flow rate inside the pipes are considered as deciding variables (design parameters). In continuation, sensitivity of the goal function to variation of deciding variables is investigated. Finally, effects of atmospheric temperature changes and thermal insulation thickness of the building upon the design parameters are investigated