[发明专利]大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法

说明书

本发明公开了大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，包括以下步骤：分层空调区墙体热工参数确定；建立墙体壁面热平衡方程；建立墙体各分层热平衡方程；墙体传热矩阵求解；分层空调区内壁面吸热放热计算结果。本发明可用于计算分层空调区内壁面吸热放热问题。基于热平衡原理，对大空间分层空调区的建筑墙体划分层，建立分层空调区建筑墙体传热矩阵，获得墙体各层动态温度分布规律，实现吸热放热过程的分析与计算。

技术领域

本发明属于大空间建筑环境与节能技术领域，具体涉及大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法。

背景技术

为节约能源和改善空气品质，大空间建筑常采用分层空调。在大空间分层空调中，上部非空调区壁面温度高于下部空调区壁面温度，非空调区与空调区之间存在辐射转移热。从传热机理分析，来自非空调区的辐射转移热，先是被空调区壁面吸收，即内壁面吸热过程；导致空调区壁面温度升高，然后逐渐释放入空调区，即内壁面放热过程。分层空调区建筑内壁面吸热放热过程的计算是大空间分层空调负荷计算与节能分析的关键难点之一。

大空间分层空调建筑内壁面吸热放热过程与辐射转移热的热流密度、建筑墙体厚度、导热系数、墙体密度、比热等参数有关。一天中随着室外温度的变化，非空调区壁面温度也不断变化，非空调区对空调区的辐射转移热也不断变化，导致空调区壁面处于吸热放热的变化过程中，这为分层空调区内壁面吸热放热过程分析带来难度。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，可用于计算分层空调区内壁面吸热放热问题。基于热平衡原理，对大空间分层空调区的建筑墙体划分层，建立分层空调区建筑墙体传热矩阵，获得墙体各层动态温度分布规律，实现吸热放热过程的分析与计算。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，包括以下步骤：

S1：分层空调区墙体热工参数确定：根据大空间建筑结构及分层空调特征，收集建筑墙体厚度、导热系数、墙体密度、比热等参数，收集24小时逐时壁面辐射转移热；对分层空调区建筑墙体按吸热放热方向进行分层；

S2：建立墙体壁面热平衡方程：依据分层空调区建筑壁面传热特征，分别建立建筑内壁面和建筑外壁面的热平衡方程；

S3：建立墙体各分层热平衡方程：依据分层空调区建筑墙体各分层的传热特征，建立基于差分方法的建筑墙体各分层的热平衡方程；

S4：墙体传热矩阵求解：构建分层空调区建筑墙体的吸热放热方程矩阵，并进行迭代求解计算；

S5：分层空调区内壁面吸热放热计算结果：获得分层空调区建筑内壁面吸热放热过程特征，得到建筑内壁面24小时逐时吸热放热热流。

进一步的，所述步骤S1中，在大空间分层空调中，非空区壁面对空调区壁面存在辐射转移热，选取下部空调区建筑墙体，沿墙体吸热放热方向划分层。

进一步的，所述步骤S2中，分层空调区建筑内壁面同时存在导热、对流、辐射，据此建立内壁面热平衡方程，式(1)；分层空调区建筑外壁面同时存在导热和对流，据此建立外壁面热平衡方程，式(2)：

式中：q_R^p+1为P+1时刻辐射热流密度，W·m^-2；α_n为内壁面放热系数，α_w为外壁面放热系数，W·m^-2℃^-1；t_n为分层空调区空气温度，t_w为隔壁房间空气温度，℃；λ为墙体导热系数，W·m²K^-1；ρ为墙体材料密度，kg·m^-3；C为墙体材料比热，J·kg^-1K^-1；δ为划分层每层厚度；Δτ为时间间隔，h。