[發明專利]大空間建筑分層空調非穩態輻射熱轉移負荷計算方法

有效

• 申請號: 201910925020.2
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110704926B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 黃晨;苗宇峰;俞玲;呂留根;喬梁;王昕;李瑞彬;悅靖
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種大空間建筑分層空調非穩態輻射熱轉移負荷計算方法，用于對大空間建筑分層空調負荷中非空調區向空調區的輻射熱轉移負荷進行非穩態計算，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1，擬合逐時的室外空氣綜合溫度t_Z,τ，

利用室外空氣綜合溫度逐時變化數據，擬合成傅里葉級數形式：

式中，t_Z,τ為計算日逐時室外空氣綜合溫度，t_Z,p為計算日室外空氣綜合溫度的平均值，Δt_Z,n為第n階室外空氣綜合溫度變化波幅，ω_n為第n階室外空氣綜合溫度變化的頻率，φ_n為第n階室外空氣綜合溫度變化的初相位；

步驟S2，計算逐時的內壁面溫度θ_N,τ，

該逐時的內壁面溫度θ_N,τ可分解為內壁面平均溫度θ_N,p以及內壁面溫度波動值Δθ_N,τ，

圍護結構的所述內壁面平均溫度θ_N,p按式(2)計算獲得：

式中，θ_N,p為內壁面平均溫度，t_Z,p為計算日室外空氣綜合溫度的平均值，t_N,p為空調區或非空調區室內空氣平均溫度，α_W為圍護結構外表面傳熱系數，δ_k為圍護結構第k層材料的厚度，λ_k為圍護結構第k層材料的導熱系數，α_N為內表面傳熱系數，K為圍護結構材料層數，

所述內壁面溫度波動值Δθ_N,τ是圍護結構在各階擾量Δt_Z,n作用下的頻率響應，內壁面溫度波動值Δθ_N,τ按式(3)計算獲得：

式中，Δθ_N,τ為內壁面溫度在τ時刻的波動值，ν_n為所述圍護結構對n階室外空氣綜合溫度擾量的傳熱衰減度，ε_n為圍護結構對n階室外空氣綜合溫度擾量的傳熱延遲時間，

將所述內壁面平均溫度θ_N,p以及所述內壁面溫度波動值Δθ_N,τ相加，就能得到所述逐時的內壁面溫度θ_N,τ：

θ_N,τ＝θ_N,p+Δθ_N,τ (4)

式中，θ_N,τ為τ時刻的內壁面溫度；

步驟S3，計算逐時的輻射熱轉移量Q_R,j,τ，

該逐時的輻射熱轉移量Q_R,j,τ可分解為逐時壁面輻射熱轉移量Q_WR,j,τ和逐時太陽輻射熱轉移量Q_SR,j,τ，

采用Gebhart輻射模型建立非空調區與空調區壁面間的輻射換熱模型，由于所述非空調區與所述空調區各有5個壁面，故一共有10個所述壁面，所以共有10×10個Gebhart吸收系數，則Gebhart吸收系數矩陣按式(5)計算：

式中，G為10×10的Gebhart吸收系數矩陣，為10×10的角系數矩陣，ε為10×10的壁面發射率對角矩陣，I為10×10的單位矩陣，

進一步，通過所述Gebhart輻射模型計算非空調區各壁面對空調區j壁面的總壁面輻射熱轉移量：

式中，Q_WR,j,τ為τ時刻非空調區各壁面對空調區j壁面的總壁面輻射熱轉移量，σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數，ε_i為非空調區i壁面發射率，G_i,j為非空調區i壁面對空調區j壁面的Gebhart吸收系數、通過所述Gebhart吸收系數矩陣對應得到，T_i,τ為τ時刻非空調區i壁面的熱力學溫度，T_j,τ為τ時刻空調區j壁面的熱力學溫度，S_i為非空調區i壁面的面積，N為非空調區劃分的壁面數量，

同時，太陽輻射透過非空調區各外窗對空調區j壁面的逐時總太陽輻射熱轉移量由式(7)計算：

式中，Q_SR,j,τ為τ時刻太陽輻射透過非空調區各外窗對空調區j壁面的逐時總太陽輻射熱轉移量，ρ_j為空調區壁面j的太陽輻射吸收系數，X_k,j為非空調區k外窗對空調區j壁面的角系數，S_k為非空調區k外窗面積，J_k,τ為τ時刻透過非空調區k外窗的太陽輻射照度，N’為非空調區外窗數量，

則，所述逐時的總輻射熱轉移量由所述逐時總壁面輻射熱轉移量Q_WR,j,τ和所述逐時總太陽輻射熱轉移量Q_SR,j,τ相加得到：

Q_R,j,τ＝Q_WR,j,τ+Q_SR,j,τ (8)

式中，Q_R,j,τ為τ時刻整個非空調區對空調區j壁面的逐時總輻射熱轉移量；

步驟S4，擬合所述逐時的輻射熱轉移量Q_R,j,τ，

將所述輻射熱轉移量的逐時變化數據擬合成傅里葉級數形式：

式中，Q_R,j,τ為τ時刻整個非空調區對空調區j壁面的逐時總輻射熱轉移量，Q_R,j,p為空調區j壁面逐時輻射熱轉移量的平均值，ΔQ_R,j,n為空調區j壁面第n階輻射熱轉移量變化波幅，ω_R,j,n為空調區j壁面第n階輻射熱轉移量變化的頻率，φ_R,j,n為空調區j壁面第n階輻射熱轉移量變化的初相位；

步驟S5：計算非穩態輻射熱轉移負荷CLQ_R,τ，

所述非穩態輻射熱轉移負荷如式(10)所示：

式中，CLQ_R,τ為τ時刻分層空調非穩態輻射熱轉移負荷，Q_R,j,p為空調區j壁面逐時輻射熱轉移量的平均值，為空調區j壁面輻射熱轉移負荷的波動值，M為空調區劃分的壁面數量，

所述輻射熱轉移負荷的波動值由式(11)計算可得：

式中，為空調區j壁面輻射熱轉移負荷的波動值，ΔQ_R,j,n為空調區j壁面第n階輻射熱轉移量變化波幅，ν_f,j,n為空調區j壁面對n階輻射熱擾量的放熱衰減度，ω_R,j,n為空調區j壁面第n階輻射熱轉移量變化的頻率，φ_R,j,n為空調區j壁面第n階輻射熱轉移量變化的初相位，ε_f,j,n為空調區j壁面對n階輻射熱擾量的放熱相位延遲時間，

因此大空間建筑分層空調的非穩態輻射熱轉移負荷CLQ_R,τ按式(12)計算可得：

式中，CLQ_R,τ為τ時刻分層空調非穩態輻射熱轉移負荷。