【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源，具体涉及一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法。
技术介绍
0、技术背景
1、随着我国基础设施建筑的发展，大型公共建筑日益增多，如铁路交通站、航站楼和大剧院等。因其建筑运行时间长、人员密集、透明屋面隔热效果差等特点造成较高的暖通空调系统能耗。大空间建筑往往具有较大面积的上部开口，容易实现被动自然通风，为人员提供新鲜空气及消除过热，延迟制冷空调设备开启，但是高大空间普遍存在热分层现象，热压通风冷却潜力尚待探究。目前研究热分层的方法种类繁多，但大部分采用cfd计算流体动力学模拟，耗时久，因此迫切需要一种精准高效的温度梯度模拟方法，用来预测不同水平条件下的各因素对建筑通风潜力的影响，从而得到热压通风参数的最优组合，对降低暖通空调能耗、节约能源有重大作用。
技术实现思路
1、针对以上问题，为了减小高大空间热分层现象引起的通风模拟误差，同时考虑多因素对热压通风的影响，本专利技术提出一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是考虑室外气候、建筑尺寸、热工参数、室内热源、开口面积在热分层条件下的热压通风冷却潜力预测方法，使用energyplus能耗模拟软件输出的垂直温度分布，并拟合为线性函数得到温度梯度值，将温度梯度代入至matlab热压通风修正数学模型计算人员区温度和热压通风量，最后通过自然通风热适应模型和换气次数要求得到各因素的最优设置。该方法具体步骤如下：
3
4、步骤2：根据步骤(1)收集的建筑信息，在sketchup软件沿垂直方向建立能耗多区物理模型；
5、进一步，定义室内人员区温度均匀一致，位于地面以上两米高度，其他热区高度为一米。
6、步骤3：依据步骤(1)的待优化因素，每个因素分别选取m个(m≥1)水平参数作为待优化目标，并设置正交试验表；
7、步骤4：将建筑信息模型导入到energyplus能耗模拟软件，设置传热算法，输入正交试验表中的优化组合工况信息；
8、步骤5：设置各个热区的渗透通风、区间混合模块(zonemixing)，依据正交试验表中的开口面积设定开口热区的自然通风模块；
9、步骤6：运行energyplus软件，输出正交试验表中不同工况下的室内总热源密度和垂直温度分布，并将温度数据拟合为线性函数，得到温度梯度值；
10、步骤7：根据压力平衡方程、孔口流量方程及质量守恒方程，编写matlab代码，构建基于热分层的热压通风数学模型；
11、进一步，步骤7中，首先假定室内工作区温度tn、中性面高度hn；根据温度梯度信息，计算上部开口空气温度th；根据理想气体状态方程，计算上部开口空气密度ρh、室外空气密度ρo、室内人员区密度ρn；当hn＞2m，压力平衡方程采用公式(1)～(3)：
12、
13、
14、δpa＝δpb (3)
15、当hn＜2m，压力平衡方程采用公式(4)～(6)：
16、
17、δpb＝ghn(ρn-ρ0) (5)
18、δpa＝δpb (6)
19、式中：δpa为上部开口室内外压差，pa；δpb为下部开口室内外压差，pa；h为空间高度，m；g为重力加速度，m/s2；
20、进一步，步骤7中孔口流量方程采用公式(7)：
21、
22、质量守恒方程采用公式(8)：
23、
24、式中：c为开口流量系数，a为开口面积m2，af为地面面积，m2，to为室外空气温度，℃；若ma、mb和m三者之间的相对误差不超过1％，则计算结束，否则增加中性面高度，重新计算并判断；
25、步骤8：输入步骤(1)中建筑相关信息和步骤(6)得到的室内总热源密度、温度梯度，运行matlab，求解人员区温度和热压通风量；
26、步骤9：选择自然通风热适应模型和通风换气次数要求作为判别标准，评价步骤(3)中不同工况下的人员区温度和热压通风量，最终得到具有热压通风冷却潜力的优化组合工况。
27、进一步，步骤9中，自然通风适应性热舒适模型的公式：
28、tc＝0.31t0+17.8 (7)
29、式中：tc为室内最优舒适温度，℃；根据模型计算结果，取以tc为中心的±2.5℃温度区间，分别为tc min和tc max，得到90％的室内人员可接受室内环境温度区间。
30、进一步，步骤9中，本实例换气次数要求采用候车室每小时换气次数不小于2次/h。
31、本专利技术使用energyplus能耗模拟软件和matlab数学模型得出正交试验不同方案下的温度梯度、人员区温度和热压通风量，采用自然通风热适应模型和换气次数评价热压通风冷却潜力，对比得到并组合各因素的最优水平参数，最终获得建筑热压通风最优设置方案。
32、与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下的有益效果：
33、(1)本专利技术通过energyplus软件建立能耗多区模型预测了高大建筑温度梯度，摒弃以往的fluent数值软件预测室内热环境，并采用正交试验设计减少模拟次数，极大地缩短模拟时长；
34、(2)本专利技术采用基于热分层的热压通风理论模型，可定量分析垂直温度梯度对人员区温度和热压通风量的影响，接近现实环境下的热压通风场景；
35、(3)本专利技术采用自然通风热适应模型和换气次数指标，评价室外气候、建筑尺寸、开口面积等多因素多水平热压通风冷却潜力，提供了不同场景下的因素最优水平组合。
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1.一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于：步骤1中目标建筑存在上下侧墙开口，有明显温度分层现象，并且不设置暖通空调系统。
3.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于：步骤3中影响冷却潜力的因素包括：室外气候、建筑高度、天窗材质、开口面积、内部热源五种。
4.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于：步骤5中，能耗多区模型中，最底层热区和最上层热区存在侧墙开口，且采用自然通风模块；垂直相邻热区之间设置区间混合模块(ZoneMixing)。
5.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风潜力预测方法，其特征在于：步骤6中，在建筑全高范围内，线性拟合函数可以为一个或多个，且温度梯度具有线性特征，为单一值或多个值。
6.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风潜力预测方法，其特征
...【技术特征摘要】
1.一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于：步骤1中目标建筑存在上下侧墙开口，有明显温度分层现象，并且不设置暖通空调系统。
3.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于：步骤3中影响冷却潜力的因素包括：室外气候、建筑高度、天窗材质、开口面积、内部热源五种。
4.根据权利要求1所述的一种基于热分层的高大空间建筑热压通风冷却潜力预测方法，其特征在于：步骤5中，能...
【专利技术属性】
技术研发人员：童艳，戴宝连，张颖，彭涛，黄伟浩，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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