南方地区玻璃采光顶喷淋降温系统设计研究

发布时间：2020-11-07 17:33

　　 玻璃采光顶对建筑中庭实现其开敞特性,形成建筑内部的“室外空间”具有重要作用,但大量太阳辐射的引入使夏季中庭空间的热环境遭受巨大挑战。蒸发降温作为一项有效的玻璃采光顶降温措施未得到广泛应用,与相应的喷淋降温系统未能形成一套成熟的设计方法有关。本文通过文献调研、理论分析、数值模拟、实验测试和数据统计分析等手段,找出了影响喷淋降温系统降温遮阳效果的主要气象要素和设计参数,得出了其降温及遮阳效果的范围及节能潜力,并形成了设计指引。主要工作如下:通过对贴附水膜透明围护结构建模计算,分析了玻璃采光顶的传热过程及各类参数的敏感性。结果表明,采光顶喷淋降温系统的降温效果对太阳辐射强度、初始水温、玻璃的太阳辐射吸收率、淋水流量的敏感性强,空气温度和相对湿度次之,对场地风速和玻璃导热系数的敏感性最弱;太阳光入射角、淋水流量与系统的遮阳效果呈正相关。搭建小型采光顶试验台,对多种喷嘴、流量进行了基于降温、遮阳效果的寻优试验,研究结果表明:对于淋水降温系统,流量能够覆盖采光顶面积即可;淋水降温可使采光顶下表面降温8.7~12.5℃,辐射透过率平均降低0.05;喷雾降温系统整体性能稍优于淋水系统,红宝石撞击式喷雾系统降温和遮阳最优,最高可减少平均辐射透过率0.153。基于寻优试验结果,从喷嘴的选择和布置、淋水流量的选择、系统开启条件等方面形成了采光顶喷淋降温系统设计指引,对系统进行了经济性和适用性分析,并介绍了太阳能驱动的循环淋水降温系统。根据设计指引,在中庭采光顶上搭建了红宝石撞击式喷雾降温系统并实测了其使用效果。实测结果显示:在夏季高温天气中使用喷雾降温系统的降温效果最显著,可降温10℃以上,遮阳效果在不同季节的使用效果相差不大,可降低太阳辐射透过率0.1左右。同时发现间歇喷淋的方式具有更好的经济性,引入适量喷雾进入中庭上层空间可以有效降低室内温度。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU86
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 课题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 屋面蒸发冷却研究
        1.2.2 透明壁面蒸发冷却研究
        1.2.3 喷雾降温措施的研究
        1.2.4 研究现状小结
    1.3 蒸发降温技术用于采光顶的适应性
        1.3.1 南方地区气候适应性
        1.3.2 技术适应性
        1.3.3 实际工程应用
    1.4 研究目标和方法
        1.4.1 研究目标和内容
        1.4.2 研究方法和路线
第二章 贴附流动水膜的透明围护结构热过程模拟
    2.1 引言
    2.2 建立热过程模型
        2.2.1 吸收的太阳辐射
        2.2.2 空气对流散热
        2.2.3 蒸发散热
        2.2.4 大气长波辐射散热
        2.2.5 与玻璃的对流换热
        2.2.6 透明围护结构的热过程
    2.3 编程计算
    2.4 模拟计算结果分析
        2.4.1 模拟数据与实测数据的对比
        2.4.2 室外开敞环境与封闭空调环境对比
        2.4.3 影响降温效果的参数敏感性分析
        2.4.4 影响遮阳效果的参数敏感性分析
    2.5 本章小结
第三章 小型采光顶喷淋降温系统测试
    3.1 试验台设计方案
    3.2 实验仪器和设备
    3.3 实验内容和方案
    3.4 试验结果分析
        3.4.1 不同喷嘴类型比对
        3.4.2 不同流量的降温遮阳效果对比
        3.4.3 不同流量的水膜分布情况对比
        3.4.4 不同气象条件下的降温遮阳效果对比
    3.5 本章小结
第四章 采光顶喷淋降温系统设计指引
    4.1 系统构成
    4.2 系统设计
        4.2.1 喷嘴选择和布置
        4.2.2 系统淋水流量的选择
        4.2.3 水力计算和水泵选型
        4.2.4 确定系统开启条件
        4.2.5 经济性分析和系统适用条件
    4.3 太阳能驱动的循环式淋水降温系统
    4.4 本章小结
第五章 采光中庭喷雾降温热环境测试与分析
    5.1 测试方案
    5.2 过渡季测试结果
        5.2.1 采光顶下表面温度
        5.2.2 采光顶下方空气温度
        5.2.3 采光顶下方太阳辐射强度
        5.2.4 不同楼层的热环境
    5.3 夏季测试结果
        5.3.1 天气概况与对比时段选择
        5.3.2 采光顶下表面温度
        5.3.3 采光顶下方空气温度
        5.3.4 采光顶下方太阳辐射强度
        5.3.5 不同楼层的热环境
    5.4 本章小结
总结与展望
    本文主要结论
    展望与不足
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

【参考文献】

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本文编号：2874260