室內(nèi)熱環(huán)境測試室通風系統(tǒng)的研究

室內(nèi)熱環(huán)境測試室通風系統(tǒng)的研究

1模擬數(shù)據(jù)處理分析不同房間溫度變化的差異最初反映了不同房間溫度變化對住宅內(nèi)部熱環(huán)境的影響，但這種直觀的比較在很大程度上缺乏對每個干擾的影響的定量描述和分析，因此可以忽略干擾或某些干擾對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。而通過模擬軟件DeST對實測數(shù)據(jù)與模擬計算數(shù)據(jù)一致性分析的方法可以較好地克服以上的缺陷，分析確定各個擾量對住宅室內(nèi)熱狀況的實際影響程度。另一方面，住宅房間與外界通風換氣的方式及通風量的大小對室內(nèi)熱狀況變化的影響十分明顯，由于室外空氣湍流運動的復雜性，使得現(xiàn)有的流體力學計算方法尚不能確切地計算出室內(nèi)外逐時的通風換氣量，往往一個設定的通風換氣次數(shù)，使室溫的計算結果與實際值有較大的偏差。而采用模擬分析的方法，可由室溫的實測數(shù)據(jù)反推計算出室內(nèi)外逐時的通風換氣量，從而可深入地認識住宅的自然通風狀況。因此，模擬和實測數(shù)據(jù)分析比較的方法可以從實質(zhì)上進一步地研究住宅室內(nèi)熱狀況，同時，實測數(shù)據(jù)與模擬計算數(shù)據(jù)的一致性，又說明了模擬軟件DeST能夠準確地反映室溫在各個擾量影響下的變化規(guī)律。2模擬實驗設計的確定本文采用的建筑熱環(huán)境模擬分析軟件DeST，它基于狀態(tài)空間法，建立起在內(nèi)外擾量及房間與外界通風換氣的影響下，房間基礎室溫變化的數(shù)學模型，表示如下：式中tk(τ)—房間k的基礎室溫；qj—房間k所受到的熱擾量，包括外溫、太陽輻射、鄰室室溫、地溫、天空背景λi—狀態(tài)空間法中各個房間的空間特征值向量;φij—采樣后各種擾量對房間溫度表的影響系數(shù);n—空間特征值的維數(shù)；m—熱擾數(shù)。由于室內(nèi)外的通風換氣是不可測的影響因素，因此，本文計算先不考慮室內(nèi)通風換氣影響的房間密閉室溫，而房間基礎室溫可表示為房間密閉室溫tk,a(τ)與由室外環(huán)境送入熱量（冷量）導致室溫變化的疊加，即：式中tout(τ)—室外空氣溫度；φia—通風換氣所產(chǎn)生的對流換熱量對房間溫度的影響系數(shù)；n(η)—房間與室外的逐時通風換氣次數(shù),次/h;Cp—空氣定壓比熱,J/kg·K;這樣，可通過模擬軟件DeST計算出在各個擾量作用下的密閉室溫，再由已知的房間實測溫度反推計算出逐時的通風換氣次數(shù)，使得模擬室溫與實測溫度的變化趨勢一致，計算誤差滿足精度要求。下面以一個測試房間作為研究對象，通過模擬計算，分析各個擾量對住宅室內(nèi)熱狀況的影響程度；并根據(jù)實測室溫反推計算出測試期內(nèi)房間與室外的逐時換氣次數(shù)。3測試樓的功能設計研究對象位于一棟6層住宅樓的第5層，測試房間的功能為臥室和客廳，其朝向為西南向，南向連著陽臺，西墻設有外窗，測試住戶的平面戶型為圖1所示。4．調(diào)節(jié)通風量不可能使室內(nèi)溫計算成功首先通過模擬軟件DeST計算出測試房間的密閉室溫，并將其與房間的實測室溫及外溫相比較，見圖2。計算密閉室溫遠遠高于房間的實測室溫，而且在相當長測試期的白天，外溫介于計算密閉室溫和實測室溫兩者之間，顯然，調(diào)節(jié)通風量不可能使房間室溫的計算值與實測值相吻合。因此，在第一步的模擬分析中必定沒有反映某些擾量的影響，以下將逐一分析這些擾量對室內(nèi)熱狀況的影響。4.1環(huán)境高差對熱特性的影響建筑圍護結構外表面與包括地面、四周建筑以及天空的周圍環(huán)境之間進行長波輻射熱交換，而天空當量溫度要遠低于周圍環(huán)境的空氣溫度，這將增加圍護結構外表面與周圍環(huán)境的長波輻射換熱。因此在住宅室內(nèi)熱狀況的模擬分析中，應考慮天空當量溫度與室外空氣溫度之間的背景溫差所導致長波輻射換熱的變化。圖3定量表示出背景溫差對測試房間室溫的影響程度。雖然背景溫差將對房間的計算密閉室溫有1℃以上的影響，但考慮背景輻射的影響后，調(diào)節(jié)房間的通風換氣量仍不能使計算室溫與實測室溫保持一致，因此，還需要考慮某些擾量的實際變化對房間室內(nèi)熱狀況的影響。4.2陽臺樓板日照時數(shù)對熱阻的影響由于測試房間的南向連著陽臺，陽臺板對南窗所接受的太陽輻射有一定的遮擋作用，故在模擬分析時需考慮進入房間太陽輻射熱的變化。圖4定量表示出陽臺樓板遮陽對測試房間室溫變化的影響程度?？紤]背景輻射和太陽輻射遮擋的影響后，調(diào)節(jié)房間的通風換氣量還不能使計算室溫與實測室溫保持一致，這說明還有其它擾量的變化對室內(nèi)熱狀況產(chǎn)生較大的影響。由于外溫數(shù)據(jù)是通過室外氣象觀測站記錄下來的逐時值，內(nèi)擾是通過對住戶的調(diào)查得到的，因此，有必要分析鄰室室溫的變化對測試房間室內(nèi)熱狀況的影響。4.3鄰室溫室偏差的影響鄰室室溫對室內(nèi)熱狀況的影響也是非常重要的。但在模擬計算時，缺少對鄰室住戶室內(nèi)對熱狀況調(diào)節(jié)行為的調(diào)查，更主要的是缺乏逐時的鄰室與室外空氣交換量的數(shù)據(jù)而往往以一個設定的通風量來計算鄰室室溫，這樣就會使得計算出的鄰室室溫與實際狀況存在較大的偏差，見圖5所示，其中的實際室溫為同一測試期內(nèi)相同樓層、相同朝向測試房間室溫的平均值。圖6進一步表示出鄰室室溫的偏差對測試房間室內(nèi)熱狀況的修正。修正了太陽輻射、鄰室室溫以及天空背景輻射后，白天的計算密閉室溫已基本低于外溫，這時，調(diào)節(jié)房間通風換氣次數(shù)，可使得計算室溫曲線與實測室溫曲線表現(xiàn)出非常好的一致性，最大計算誤差不超過0.5℃，見圖7所示。4.4通風通氣回收試驗通過房間實測室溫與模擬計算室溫的分析比較,最終反推計算出測試期內(nèi)測試房間與室外的逐時通風換氣次數(shù)，如圖8所示。參考應用示蹤氣體濃度衰減法對民用建筑自然通風狀況的研究，反推計算得到的通風換氣次數(shù)分布在一個合理的數(shù)值范圍內(nèi)，而且通風換氣量是逐時變化的。5建筑熱環(huán)境模擬分析軟件dest應用室溫實測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)一致性分析的方法可以從實質(zhì)上研究各擾量對住宅室內(nèi)熱狀況的影響程度，并可進一步反推計算得到房間