大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法
本专利技术属于大空间建筑环境与节能
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本专利技术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，本专利技术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：qRp+1为P+1时刻辐射热流密度，W·m-2；αn为内壁面放热系数，αw为外壁面放热系数，W·m-2℃-1；tn为分层空调区空气温度，tw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。进一步的，所述步骤S3中，建立基于差分方法的分层空调区建筑墙体传热方程，采用向后差分的隐式差分格式：式中：tk为第k层温度，单位为℃。进一步的，所述步骤S4中，构建分层空调区墙体各层、内壁面、外壁面的吸热放热传热方程矩阵，并进行迭代求解计算，获得各分层24个时刻的逐时温度分布：式中：F0＝a·Δτ/δ2＝(λ/ρc)·Δτ/δ2，A＝αn·δ/λ，B＝qpR·δ/λ，C＝αw·δ/λ。进一步的，所述步骤S5中，依据上述计算结果，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：qn＝αn(t1-tn)(5)；式中：qn为内壁面放热热流，W·m-2。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，可获得分层空调区墙体各层温度分布，从而获得吸热放热计算结果，为大空间分层空调负荷计算与节能分析提供了科学依据；(2)本专利技术基于热平衡原理构建墙体传热方程矩阵，从而实现吸热放热过程的计算与动态分析，可以通过改变某一参数来分析该参数对吸热放热过程的影响，从而获得其特性规律。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术大空间分层空调建筑内壁面吸热放热过程的计算流程图；图2为本专利技术大空间分层空调建筑墙体划分层示意图；图3为本专利技术大空间分层空调墙体24个时刻各层温度分布图；图4为本专利技术大空间分层空调建筑24个时刻内壁面吸热放热图；具体实施方式下面给出具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本专利技术技术方案为前提的最佳实施例，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。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；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；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；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：qRp+1为P+1时刻辐射热流密度，W·m-2；αn为内壁面放热系数，αw为外壁面放热系数，W·m-2℃-1；tn为分层空调区空气温度，tw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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：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；/nS2：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；/nS3：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；/nS4：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；/nS5：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。/n

【技术特征摘要】
1.大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，其特征在于：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。


2.根据权利要求1所述的大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，其特征在于：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。


3.根据权利要求1所述的大空间分层空调建筑内壁面吸热、放热过程的计算方法，其特征在于：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)：



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【专利技术属性】
技术研发人员：吕留根，项毅，阳季春，谷志攀，赵莲晋，刘泛函，董利涛，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33