內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱特性理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、建筑能耗的不斷攀升與能源的匱乏使得人們?cè)絹碓阶⒅厝ラ_發(fā)新的手段，新的技術(shù)去節(jié)約能源。內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是一種在墻體/屋頂內(nèi)預(yù)埋管道利用管道內(nèi)流體循環(huán)在墻體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)冷熱量轉(zhuǎn)移的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)具有良好的蓄熱性能及管內(nèi)冷/熱水與管壁面的大接觸面積的特點(diǎn)，因此可以在低溫差傳熱條件下實(shí)現(xiàn)大的熱量傳遞，從而可以充分利用低品位能來大大削弱室外氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的影響，減少室外向室內(nèi)的傳熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并提高室內(nèi)熱舒適性

2、。本文主要進(jìn)行了內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱特性理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，論文創(chuàng)新及工作要點(diǎn)如下：
　　第一：采用CFD數(shù)值模擬的方法，建立了內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)墻體的CFD模型，并使用該模型研究了內(nèi)嵌管式墻體以及傳統(tǒng)墻體在夏熱冬冷地區(qū)氣候條件下的傳熱特性，研究結(jié)果表明：內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以大大的減少室外向室內(nèi)的傳熱量及墻體蓄熱量，降低了夏季/冬季時(shí)的室內(nèi)冷/熱負(fù)荷，并提高熱舒適性。
　　第二：首次提出了內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頻域有限差分模

3、型(即FDFD模型)以研究該結(jié)構(gòu)在不同頻率外擾作用下的熱特性。并采用了CFD模型作為參照模型。兩個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果表明FDFD模型比CFD模型更直觀，F(xiàn)DFD模型可以直接反映系統(tǒng)頻域熱特性，CFD模型只能計(jì)算出系統(tǒng)的時(shí)域熱特性，因此FDFD更加方便進(jìn)行系統(tǒng)的頻域熱特性分析，并且FDFD模型在計(jì)算相同的工況時(shí)花費(fèi)的時(shí)間比CFD模型少很多。
　　第三：首次提出內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化熱網(wǎng)模型(RC模型)并在頻域內(nèi)對(duì)其參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。RC模型

4、的階數(shù)以及準(zhǔn)確的確定 RC模型的參數(shù)(熱阻值和熱容值)是很困難的，并且對(duì)于模型的準(zhǔn)確性具有重要的影響。為了解決這一難題，本文以內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)頻域有限差分模型(FDFD模型)作為理論模型，以其計(jì)算的各個(gè)表面的熱流幅值和相角為理論頻域特性。通過遺傳算法(GA)辨識(shí)了內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的RC模型的參數(shù)(熱阻和熱容)。結(jié)果表明基于理論模型的計(jì)算結(jié)果，通過遺傳算法可以很好的辨識(shí)出內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化熱網(wǎng)模型的參數(shù)。
　　第四：首次提出了內(nèi)嵌

5、管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型。該模型由簡(jiǎn)化熱網(wǎng)模型和熱交換模型(Number of Transfer Units模型，簡(jiǎn)稱NTU模型)兩個(gè)部分耦合組成。該準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型主要由簡(jiǎn)化熱網(wǎng)模型和熱交換模型(Number of Transfer Units模型，簡(jiǎn)稱NTU模型)兩個(gè)部分耦合組成，通過該模型可以計(jì)算內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿著內(nèi)嵌管道方向的傳熱，預(yù)測(cè)流體的出口溫度。本文以CFD模型作為參照模型對(duì)該準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)

6、動(dòng)態(tài)模型可以很好的分析該結(jié)構(gòu)沿管道方向的傳熱。本文同時(shí)驗(yàn)證了不同內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型。
　　第五：搭建了內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。主要描述了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建方法和過程，并使用該試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證模型的簡(jiǎn)化方法的正確性及內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型本身的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的理論模型是非常準(zhǔn)確的。進(jìn)一步利用內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)也可以更好的分析內(nèi)嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱特性，分析其節(jié)能效