多因素影响下轻质建筑综合热惰性研究

发布时间：2018-11-01 14:30

【摘要】：建筑热惰性的研究多停留在对围护结构材料的热惰性指标评价,使得一些重要的影响因素被忽略,不能适应当前研究和实践的需要。建筑围护结构组成部分如砖、水泥、保温板、门窗等建筑材料用量多少对建筑热惰性产生影响,但除了围护结构外,其他因素如室内蓄热体、室内冷热源、通风换气及人的行为等对建筑热惰性的大小发挥了越来越重要的影响。特别是将建筑物作为一种综合蓄热体来研究建筑热环境和建筑能耗的动态响应,过去的热惰性指标显然不能满足研究要求。以复杂的、多因素交互作用影响为条件,确定建筑综合热惰性的表征参数,对整体建筑综合热惰性的研究具有特殊的意义。本文主要从理论分析、实验测试和模型验证与分析四个方面对冬季轻质建筑综合热惰性及其分项蓄热体展开研究。结合建筑传热过程和相似理论,研究得出模型与原型的实验相似比例,为实验模型的合理性提供理论依据,丰富了建筑模型理论的设计条件。在分析已有的经典传热学理论、实验和模拟研究中得到本研究初步定制的热惰性表征参数,分别从延迟时间、衰减系数和蓄热平均热流密度三个角度分析建筑物综合热惰性分项。利用相似比例搭建实验平台,对室外气象变化、建筑本体及内部各类蓄热体组合变化、采暖运行方式变化等引起的建筑综合热惰性的动态响应进行了实验研究。通过测试建筑综合蓄热体内部温度、建筑综合蓄热体内外壁面温度、建筑表面热流密度、室内温度等参量的变化,研究了不同蓄热体在内外扰同时作用下的建筑综合热惰性。借助Matlab软件编制程序对建筑综合热惰性的响应特性进行模拟验证,以平壁传热理论为基础,构建建筑综合热惰性的传热模型及其图形用户界面。根据不同非稳态工况条件,分别对建筑各蓄热体的实验测试数据进行模拟,对比分析实验测试数据与模拟数据的误差,并利用Bland-Altman方法对实验值和模拟值进行一致性分析。采用动态温度响应(DTR)的无量纲分析,对建筑模型的蓄热体组合形式、室外气象条件、采暖运行方式等进行了动态拟合分析,提出了DTR标准模型修正值的倒数作为建筑综合热惰性分项指标的修正系数。剔除无关联表征参数,对修正系数中未包含的表征参数给出数学描述,提出建筑综合热惰性的均值表达形式和瞬时表达形式。研究结果表明,初步制定研究建筑综合热惰性的表征参数不足以表达其动态响应的全过程,其需要更为全面的数据进行动态拟合分析;Matlab中模拟值和实验值之间具有比较好的一致性,验证了模型实验与原型实验的传热过程中相似理论的正确性;室外气象条件变化、建筑本体及内部各类蓄热体组合变化、采暖运行方式变化时对建筑综合热惰性的动态响应均可以用建筑综合热惰性分项的修正系数来表达。最后,本文基于上述研究,提出了一个蓄热体形式多样的建筑综合热惰性的数学表达,丰富了热惰性的指标定义,为今后采暖设计负荷与建筑综合热惰性相结合提供了方法和参考依据。
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【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU111

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