建筑蓄熱與自然通風(fēng)耦合作用下室內(nèi)溫度計(jì)算及影響因素分析.pdf

1、隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出,建筑自然通風(fēng)技術(shù)逐漸受到人們的重視。合理利用自然通風(fēng)可改善建筑熱環(huán)境、減少空調(diào)能耗。自然通風(fēng)應(yīng)用效果與建筑蓄熱密切相關(guān),不同的建筑蓄熱能力將導(dǎo)致不同的室內(nèi)溫度。本文力求探討建筑蓄熱與自然通風(fēng)的耦合關(guān)系,揭示建筑蓄熱對(duì)自然通風(fēng)室內(nèi)溫度波動(dòng)的影響規(guī)律,其研究成果將為建筑材料的選取、自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制策略的確定打下理論基礎(chǔ)。
　　 建筑蓄熱體可分為建筑外蓄熱體和內(nèi)蓄熱體。外蓄熱體即為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu),建筑

2、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境的聯(lián)系紐帶,人們對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的研究著重在其對(duì)空調(diào)環(huán)境下負(fù)荷的影響,而自然通風(fēng)環(huán)境下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)作用則鮮有研究;建筑內(nèi)蓄熱體包括建筑內(nèi)墻、內(nèi)部家具等物體,一般情況下,可以認(rèn)為內(nèi)部蓄熱體溫度與室內(nèi)空氣相等,但當(dāng)內(nèi)部蓄熱體不滿足集總參數(shù)法時(shí),則不能這樣簡(jiǎn)化計(jì)算;此外,自然通風(fēng)主要驅(qū)動(dòng)力為熱壓和風(fēng)壓,當(dāng)風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)時(shí),我們可認(rèn)為自然通風(fēng)量為已知值,而當(dāng)熱壓驅(qū)動(dòng)時(shí),室內(nèi)溫度、自然通風(fēng)量呈非線性耦合關(guān)系,室內(nèi)溫度計(jì)算更為

3、復(fù)雜。
　　 針對(duì)上述問(wèn)題,本文主要開(kāi)展了以下工作:
　　 (1)提出了自然通風(fēng)建筑熱壓等效流量概念及計(jì)算方法。無(wú)論是熱壓驅(qū)動(dòng)還是定風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng),建筑室內(nèi)溫度均呈周期性變化,本文分析得到了等效流量計(jì)算公式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證,利用該值可在一定誤差范圍內(nèi)將熱壓驅(qū)動(dòng)自然通風(fēng)視作定流量自然通風(fēng)處理,即可將自然通風(fēng)量、室內(nèi)溫度非線性耦合問(wèn)題線性處理,從而簡(jiǎn)化問(wèn)題,縮短計(jì)算時(shí)間。
　　 (2)系統(tǒng)分析探討了內(nèi)外蓄熱體導(dǎo)

4、熱系數(shù)、體積熱容、面積等參數(shù)對(duì)自然通風(fēng)房間室內(nèi)溫度的影響。將內(nèi)外蓄熱體視作有限板層,聯(lián)合一維非穩(wěn)態(tài)熱傳遞方程與自然通風(fēng)房間熱平衡方程,通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法對(duì)內(nèi)外蓄熱體以及流量、熱源等對(duì)自然通風(fēng)建筑室內(nèi)溫度的影響進(jìn)行了計(jì)算分析。該分析結(jié)果有助于指導(dǎo)自然通風(fēng)建筑設(shè)計(jì)。
　　 (3)提出了綜合考慮建筑內(nèi)外蓄熱能力與自然通風(fēng)的室內(nèi)溫度計(jì)算方法。引入諧波反應(yīng)法,得到外墻內(nèi)壁溫度分布,并結(jié)合室內(nèi)熱平衡方程,計(jì)算得到了室內(nèi)溫度平均溫度、衰減系數(shù)及

5、延遲時(shí)間與內(nèi)外蓄熱體的關(guān)系式,其中描述內(nèi)外蓄熱體的參數(shù)分別為無(wú)量綱換熱數(shù)λ和時(shí)間常數(shù)τ。利用該方法可較為簡(jiǎn)便地對(duì)內(nèi)外蓄熱體作用進(jìn)行分析,計(jì)算自然通風(fēng)房間室內(nèi)溫度、設(shè)計(jì)室內(nèi)蓄熱體。該方法還可擴(kuò)展計(jì)算間歇供冷/制熱房間響應(yīng)時(shí)間,以及在考慮建筑蓄熱情況時(shí)比較不同城市自然通風(fēng)潛力。
　　 (4)提出了應(yīng)用虛擬球法計(jì)算分析室內(nèi)蓄熱體作用的方法。對(duì)自然通風(fēng)建筑室內(nèi)溫度計(jì)算模型進(jìn)行改進(jìn),引入虛擬球法來(lái)計(jì)算內(nèi)部蓄熱體蓄熱作用,聯(lián)合外墻內(nèi)壁溫度分

6、布及室內(nèi)熱平衡方程,最終得到了以虛擬球法模擬室內(nèi)蓄熱作用的自然通風(fēng)建筑室內(nèi)溫度計(jì)算方法。該方法在綜合考慮室內(nèi)多種外形、多種材質(zhì)、以及內(nèi)部溫度非均勻分布蓄熱體的蓄熱作用時(shí)相比其他方法更為準(zhǔn)確。
　　 (5)提出了綜合考慮建筑內(nèi)外蓄熱能力的夜間通風(fēng)室內(nèi)溫度計(jì)算方法。在前述自然通風(fēng)室內(nèi)溫度計(jì)算模型基礎(chǔ)上,將夜間通風(fēng)視為階段性通風(fēng),提出了室內(nèi)溫度計(jì)算方法,并通過(guò)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用該方法系統(tǒng)分析了夜間通風(fēng)時(shí)間、室內(nèi)熱源、夜間通風(fēng)換氣次數(shù)、外