基于系統(tǒng)辨識理論的多層墻體不穩(wěn)定傳熱分析方法的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高,人們對室內(nèi)人工環(huán)境的要求也越來越高.室內(nèi)負(fù)荷的正確預(yù)測對保證室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、節(jié)約能源有著重大意義,而由建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定傳熱引起的室內(nèi)負(fù)荷在整個負(fù)荷中占較大比例且難以準(zhǔn)確計(jì)算.傳統(tǒng)的分析墻體不穩(wěn)定傳熱的方法—直接求根法存在失根、效率低下等諸多問題,一直以來,人們不斷尋求更加簡單、更高效率的方法來分析其動態(tài)傳熱過程. 由于建筑設(shè)計(jì)的需要,出現(xiàn)了越來越多的圓柱形的墻體和半球形的屋頂結(jié)構(gòu),而現(xiàn)有的負(fù)荷計(jì)算程序

2、并沒有考慮這兩種類型結(jié)構(gòu)對室內(nèi)負(fù)荷的影響.為了彌補(bǔ)現(xiàn)有負(fù)荷計(jì)算和能耗分析程序的不足,該文用拉氏變換導(dǎo)出了圓柱形、球形墻體的傳遞矩陣.較平壁而言,這兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱、吸熱s-傳遞函數(shù)形式更加復(fù)雜,用常規(guī)的方法計(jì)算它們的反應(yīng)系數(shù)或?qū)醃傳遞函數(shù)系數(shù)難以進(jìn)行,且無法保證計(jì)算精度.而采用FDR方法同樣可以從圓柱形、球形結(jié)構(gòu)瞬時傳熱的理論頻率特性中構(gòu)造出一個多項(xiàng)式s-傳遞函數(shù),并以此計(jì)算反應(yīng)系數(shù)和導(dǎo)熱Z傳遞函數(shù)系數(shù).計(jì)算實(shí)例表明,用該方法分析圓柱

3、形、球形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定傳熱過程同樣是簡單易行的,并且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠.第一章緒論 研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定傳熱過程對室內(nèi)冷熱負(fù)荷的影響一直以來都是空調(diào)研究工作者的一個重點(diǎn)課題.現(xiàn)有的室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算程序和能耗分析程序在求解墻體瞬時傳熱時所采用的方法各異,但都存在一些無法避免的問題.開發(fā)簡單可靠、易于編程實(shí)現(xiàn)的分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)瞬時傳熱的新方法對準(zhǔn)確預(yù)測空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷、建筑物年能耗分析和空調(diào)系統(tǒng)控制策略選擇有著重要意義.第二章墻體瞬時傳熱傳遞矩陣 該章用拉普

4、拉斯變換法具體推導(dǎo)了單層平壁、圓柱形及球形結(jié)構(gòu)的瞬時傳熱傳遞矩陣,而多層結(jié)構(gòu)墻體的傳遞矩陣可以通過相應(yīng)的矩陣乘積及矩陣變換得到.墻體瞬時傳熱的各種傳遞函數(shù)可以從多層結(jié)構(gòu)總的傳遞矩陣元素中計(jì)算得到.單層結(jié)構(gòu)墻體的特征方程,特別是圓柱形結(jié)構(gòu)和球形結(jié)構(gòu),是很復(fù)雜的超越函數(shù).通過矩陣相乘得到的多層墻體的特征方程形式更加復(fù)雜而且難以求得.傳遞函數(shù)的復(fù)雜性使得求根困難、失根難以避免,這將使直接求根法很難以進(jìn)行且無法保證計(jì)算結(jié)果的可靠性.必須開發(fā)簡單

5、易行的新方法來分析墻體動態(tài)傳熱過程.第三章基于系統(tǒng)辨識理論重構(gòu)多層結(jié)構(gòu)墻體不穩(wěn)定傳熱新模型 詳細(xì)論述了基于系統(tǒng)辨識理論重構(gòu)多層結(jié)構(gòu)墻體瞬時傳熱新的數(shù)學(xué)模型的方法—FDR方法的可行性和有效性.在所關(guān)心的頻域范圍內(nèi),兩個表達(dá)形式不同而頻率特性一致的數(shù)學(xué)模型可以認(rèn)為是兩個等價的模型.而多層結(jié)構(gòu)墻體瞬時傳熱的理論頻率響應(yīng)特性可以通過各層子傳遞矩陣代入頻率變量和矩陣數(shù)值乘積得到,這樣就可以用適當(dāng)?shù)谋孀R算法從墻體傳熱的理論頻率響應(yīng)特性中重構(gòu)一個多項(xiàng)

6、式s-傳遞函數(shù)來等價原來理論上復(fù)雜的超越傳遞函數(shù).從而避免了求多層墻體瞬時傳熱的理論上復(fù)雜的傳遞函數(shù),而對代數(shù)多項(xiàng)式的傳遞函數(shù)的動態(tài)特性進(jìn)行分析將簡單得多,且可以確保計(jì)算的精度.第四章基于構(gòu)造的多項(xiàng)式s傳遞函數(shù)反應(yīng)系數(shù)及導(dǎo)熱傳遞函數(shù)的計(jì)算具體給出了以構(gòu)造的多項(xiàng)式s-傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)計(jì)算墻體反應(yīng)系數(shù)、導(dǎo)熱傳遞函數(shù)系數(shù)及周期反應(yīng)系數(shù)的方法推導(dǎo)過程.從計(jì)算公式可以看出,基于多項(xiàng)式s-傳遞函數(shù)分析墻體動態(tài)傳熱過程有著傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn):避免了

7、求總的傳遞矩陣的表達(dá)式;避免了求復(fù)雜的超越函數(shù)形式的特征方程的根,從而避免了失根問題;簡化了求根過程,提高了計(jì)算效率;易于編程實(shí)現(xiàn).第五章驗(yàn)證與分析通過大量的計(jì)算實(shí)例證明了多項(xiàng)式s-傳遞函數(shù)與墻體動態(tài)傳熱的理論的超越s-傳遞函數(shù)的等價性,FDR方法分析多層結(jié)構(gòu)墻體動態(tài)傳熱特性時的準(zhǔn)確性和可靠性.對于直接求根法無法保證計(jì)算精度的重型墻體,FDR方法也獲得很好的計(jì)算結(jié)果.文中列出的周期反應(yīng)系數(shù)值應(yīng)取代Spilter的推薦值作為計(jì)算設(shè)計(jì)負(fù)荷時