建筑蓄熱與自然通風(fēng)耦合作用下室內(nèi)溫度計算及影響因素分析.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,揭示建筑蓄熱對自然通風(fēng)室內(nèi)溫度波動的影響規(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結(jié)構(gòu),建筑

2、外圍護結(jié)構(gòu)是室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境的聯(lián)系紐帶,人們對建筑外圍護結(jié)構(gòu)的研究著重在其對空調(diào)環(huán)境下負荷的影響,而自然通風(fēng)環(huán)境下的圍護結(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,則不能這樣簡化計算;此外,自然通風(fēng)主要驅(qū)動力為熱壓和風(fēng)壓,當(dāng)風(fēng)壓驅(qū)動時,我們可認為自然通風(fēng)量為已知值,而當(dāng)熱壓驅(qū)動時,室內(nèi)溫度、自然通風(fēng)量呈非線性耦合關(guān)系,室內(nèi)溫度計算更為

3、復(fù)雜。
　　 針對上述問題,本文主要開展了以下工作:
　　 (1)提出了自然通風(fēng)建筑熱壓等效流量概念及計算方法。無論是熱壓驅(qū)動還是定風(fēng)壓驅(qū)動的自然通風(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算公式。通過數(shù)值計算驗證,利用該值可在一定誤差范圍內(nèi)將熱壓驅(qū)動自然通風(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)溫度非線性耦合問題線性處理,從而簡化問題,縮短計算時間。
　　 (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,通過數(shù)值計算方法對內(nèi)外蓄熱體以及流量、熱源等對自然通風(fēng)建筑室內(nèi)溫度的影響進行了計算分析。該分析結(jié)果有助于指導(dǎo)自然通風(fēng)建筑設(shè)計。
　　 (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,計算得到了室內(nèi)溫度平均溫度、衰減系數(shù)及

5、延遲時間與內(nèi)外蓄熱體的關(guān)系式,其中描述內(nèi)外蓄熱體的參數(shù)分別為無量綱換熱數(shù)λ和時間常數(shù)τ。利用該方法可較為簡便地對內(nèi)外蓄熱體作用進行分析,計算自然通風(fēng)房間室內(nèi)溫度、設(shè)計室內(nèi)蓄熱體。該方法還可擴展計算間歇供冷/制熱房間響應(yīng)時間,以及在考慮建筑蓄熱情況時比較不同城市自然通風(fēng)潛力。
　　 (4)提出了應(yīng)用虛擬球法計算分析室內(nèi)蓄熱體作用的方法。對自然通風(fēng)建筑室內(nèi)溫度計算模型進行改進,引入虛擬球法來計算內(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)溫度計算方法。在前述自然通風(fēng)室內(nèi)溫度計算模型基礎(chǔ)上,將夜間通風(fēng)視為階段性通風(fēng),提出了室內(nèi)溫度計算方法,并通過了實驗驗證。利用該方法系統(tǒng)分析了夜間通風(fēng)時間、室內(nèi)熱源、夜間通風(fēng)換氣次數(shù)、外