建筑蓄熱與自然通風耦合作用下室內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,建筑自然通風技術逐漸受到人們的重視。合理利用自然通風可改善建筑熱環(huán)境、減少空調能耗。自然通風應用效果與建筑蓄熱密切相關,不同的建筑蓄熱能力將導致不同的室內溫度。本文力求探討建筑蓄熱與自然通風的耦合關系,揭示建筑蓄熱對自然通風室內溫度波動的影響規(guī)律,其研究成果將為建筑材料的選取、自然通風系統(tǒng)的設計與控制策略的確定打下理論基礎。
　　 建筑蓄熱體可分為建筑外蓄熱體和內蓄熱體。外蓄熱體即為建筑外圍護結構,建筑

2、外圍護結構是室內環(huán)境與室外環(huán)境的聯(lián)系紐帶,人們對建筑外圍護結構的研究著重在其對空調環(huán)境下負荷的影響,而自然通風環(huán)境下的圍護結構作用則鮮有研究;建筑內蓄熱體包括建筑內墻、內部家具等物體,一般情況下,可以認為內部蓄熱體溫度與室內空氣相等,但當內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,自然通風主要驅動力為熱壓和風壓,當風壓驅動時,我們可認為自然通風量為已知值,而當熱壓驅動時,室內溫度、自然通風量呈非線性耦合關系,室內溫度計算更為

3、復雜。
　　 針對上述問題,本文主要開展了以下工作:
　　 (1)提出了自然通風建筑熱壓等效流量概念及計算方法。無論是熱壓驅動還是定風壓驅動的自然通風,建筑室內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將熱壓驅動自然通風視作定流量自然通風處理,即可將自然通風量、室內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)分析探討了內外蓄熱體導

4、熱系數(shù)、體積熱容、面積等參數(shù)對自然通風房間室內溫度的影響。將內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房間熱平衡方程,通過數(shù)值計算方法對內外蓄熱體以及流量、熱源等對自然通風建筑室內溫度的影響進行了計算分析。該分析結果有助于指導自然通風建筑設計。
　　 (3)提出了綜合考慮建筑內外蓄熱能力與自然通風的室內溫度計算方法。引入諧波反應法,得到外墻內壁溫度分布,并結合室內熱平衡方程,計算得到了室內溫度平均溫度、衰減系數(shù)及

5、延遲時間與內外蓄熱體的關系式,其中描述內外蓄熱體的參數(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外蓄熱體作用進行分析,計算自然通風房間室內溫度、設計室內蓄熱體。該方法還可擴展計算間歇供冷/制熱房間響應時間,以及在考慮建筑蓄熱情況時比較不同城市自然通風潛力。
　　 (4)提出了應用虛擬球法計算分析室內蓄熱體作用的方法。對自然通風建筑室內溫度計算模型進行改進,引入虛擬球法來計算內部蓄熱體蓄熱作用,聯(lián)合外墻內壁溫度分

6、布及室內熱平衡方程,最終得到了以虛擬球法模擬室內蓄熱作用的自然通風建筑室內溫度計算方法。該方法在綜合考慮室內多種外形、多種材質、以及內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確。
　　 (5)提出了綜合考慮建筑內外蓄熱能力的夜間通風室內溫度計算方法。在前述自然通風室內溫度計算模型基礎上,將夜間通風視為階段性通風,提出了室內溫度計算方法,并通過了實驗驗證。利用該方法系統(tǒng)分析了夜間通風時間、室內熱源、夜間通風換氣次數(shù)、外