[發明專利]大空間分層空調建筑內壁面吸熱、放熱過程的計算方法

在審

• 申請號: 202011589577.2
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112613182A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 呂留根;項毅;陽季春;谷志攀;趙蓮晉;劉泛函;董利濤
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 洛陽公信聯創知識產權代理有限公司 41190
• 代理人: 孫笑飛

本發明公開了大空間分層空調建筑內壁面吸熱、放熱過程的計算方法，包括以下步驟：分層空調區墻體熱工參數確定；建立墻體壁面熱平衡方程；建立墻體各分層熱平衡方程；墻體傳熱矩陣求解；分層空調區內壁面吸熱放熱計算結果。本發明可用于計算分層空調區內壁面吸熱放熱問題。基于熱平衡原理，對大空間分層空調區的建筑墻體劃分層，建立分層空調區建筑墻體傳熱矩陣，獲得墻體各層動態溫度分布規律，實現吸熱放熱過程的分析與計算。

技術領域

本發明屬于大空間建筑環境與節能技術領域，具體涉及大空間分層空調建筑內壁面吸熱、放熱過程的計算方法。

背景技術

為節約能源和改善空氣品質，大空間建筑常采用分層空調。在大空間分層空調中，上部非空調區壁面溫度高于下部空調區壁面溫度，非空調區與空調區之間存在輻射轉移熱。從傳熱機理分析，來自非空調區的輻射轉移熱，先是被空調區壁面吸收，即內壁面吸熱過程；導致空調區壁面溫度升高，然后逐漸釋放入空調區，即內壁面放熱過程。分層空調區建筑內壁面吸熱放熱過程的計算是大空間分層空調負荷計算與節能分析的關鍵難點之一。

大空間分層空調建筑內壁面吸熱放熱過程與輻射轉移熱的熱流密度、建筑墻體厚度、導熱系數、墻體密度、比熱等參數有關。一天中隨著室外溫度的變化，非空調區壁面溫度也不斷變化，非空調區對空調區的輻射轉移熱也不斷變化，導致空調區壁面處于吸熱放熱的變化過程中，這為分層空調區內壁面吸熱放熱過程分析帶來難度。

發明內容

有鑒于此，為解決上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供大空間分層空調建筑內壁面吸熱、放熱過程的計算方法，可用于計算分層空調區內壁面吸熱放熱問題。基于熱平衡原理，對大空間分層空調區的建筑墻體劃分層，建立分層空調區建筑墻體傳熱矩陣，獲得墻體各層動態溫度分布規律，實現吸熱放熱過程的分析與計算。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

大空間分層空調建筑內壁面吸熱、放熱過程的計算方法，包括以下步驟：

S1：分層空調區墻體熱工參數確定：根據大空間建筑結構及分層空調特征，收集建筑墻體厚度、導熱系數、墻體密度、比熱等參數，收集24小時逐時壁面輻射轉移熱；對分層空調區建筑墻體按吸熱放熱方向進行分層；

S2：建立墻體壁面熱平衡方程：依據分層空調區建筑壁面傳熱特征，分別建立建筑內壁面和建筑外壁面的熱平衡方程；

S3：建立墻體各分層熱平衡方程：依據分層空調區建筑墻體各分層的傳熱特征，建立基于差分方法的建筑墻體各分層的熱平衡方程；

S4：墻體傳熱矩陣求解：構建分層空調區建筑墻體的吸熱放熱方程矩陣，并進行迭代求解計算；

S5：分層空調區內壁面吸熱放熱計算結果：獲得分層空調區建筑內壁面吸熱放熱過程特征，得到建筑內壁面24小時逐時吸熱放熱熱流。

進一步的，所述步驟S1中，在大空間分層空調中，非空區壁面對空調區壁面存在輻射轉移熱，選取下部空調區建筑墻體，沿墻體吸熱放熱方向劃分層。

進一步的，所述步驟S2中，分層空調區建筑內壁面同時存在導熱、對流、輻射，據此建立內壁面熱平衡方程，式(1)；分層空調區建筑外壁面同時存在導熱和對流，據此建立外壁面熱平衡方程，式(2)：

式中：q_R^p+1為P+1時刻輻射熱流密度，W·m^-2；α_n為內壁面放熱系數，α_w為外壁面放熱系數，W·m^-2℃^-1；t_n為分層空調區空氣溫度，t_w為隔壁房間空氣溫度，℃；λ為墻體導熱系數，W·m²K^-1；ρ為墻體材料密度，kg·m^-3；C為墻體材料比熱，J·kg^-1K^-1；δ為劃分層每層厚度；Δτ為時間間隔，h。