《节能建筑计算与仿真》4章建筑动态热过程模型.ppt

4.4.2各种方法对房间热平衡的处理 对房间热平衡的处理，关键在于各围护内表面之间的长波互辐射的处理。 反应系数法和谐波反应法都先求出房间不透明围护的热特性系数，建立内外表面温度和热流的关系；然后考虑房间各围护的内外表面的热平衡，这样就可以将各围护内表面的长波互辐射考虑进去；再写出室内空气温度的热平衡方程，与各表面的热平衡方程联立求解，即可得到房间的热状况。 差分法直接将房间离散为一系列节点，对每个节点列出热平衡方程，可以很方便的考虑房间各内表面之间的长波互辐射。联立求解这些节点的热平衡方程，即可得到房间的热状况。 状态空间法也是首先采用与差分法类似的离散方法将房间离散为一系列的温度节点，然后求解所有节点的热平衡方程组获得房间的热特性系数，最后通过这些热特性系数以及逐时变化的热扰量获得房间逐时的温度状况。与差分法相比较，状态空间法同样也可以灵活地考虑房间各内表面之间的长波互辐射，但状态空间法并不通过逐时求解所有节点的热平衡方程组来计算各房间的逐时温度状况，而是首先计算各个房间的热特性系数，然后再求解逐时变化的热扰作用在房间上时房间的热状况，因此大大减少了计算量，提高了计算的速度。 4.4.2各种方法对房间热平衡的处理 4.4.3各种方法对建筑热平衡的处理 对建筑热平衡的处理，关键在于相邻房间之间的传热和互通风的处理。 反应系数法在考虑建筑热平衡时，所有房间内每个围护的内外表面的热平衡方程和室内空气的热平衡方程必须联立求解，计算量非常大。 差分法在考虑建筑热平衡时，必须将建筑中所有房间的节点联立求解，计算量比反应系数法考虑建筑热平衡还要大很多倍。 状态空间法在考虑建筑热平衡时，可以建立起建筑中各房间温度之间的直接关系式，精确考虑房间热平衡，且计算量小，可同时处理上千个房间。 4 建筑动态热过程模型 4.1 建筑热过程模拟的主要问题 4.2 DeST 对建筑热过程的求解方法 4.3 DeST 对建筑热过程的模拟分析 4.4 DeST 模型与其它模型之间的比较 4.1建筑热过程模拟的主要问题 建筑热过程模拟是一切建筑热环境及建筑环境控制系统模拟分析的基础。 它的基本问题就是给出在不同的气象条件下、不同的使用状况以及不同的环境控制系统（采暖空调系统）作用下，建筑物内温度的变化情况 物理模型 数学模型 4.1.1建筑热过程模拟的物理模型 4.1.1建筑热过程模拟的物理模型 对于建筑中的一个房间而言，其热过程主要包括四个方面：外扰通过围护结构的热传递过程； 内扰的热传递过程； 室内外通风和空调投入热量。 4.1.2 建筑热过程模拟的数学模型 hrj 为温度为tj 的另一表面 j 与该表面的长波辐射换热系数， 该系数的量纲与对流换热系数相同。 将长波辐射换热表示成与温差的线性关系从而简化动态模拟方程求解，这种方法是热环境动态模拟中处理长波辐射问题的常用方法 4.2 DeST 对建筑热过程的求解方法 DeST 求解建筑热过程的基本方法是状态空间法。这种方法的特点是空间上差分而时间上保持连续，求解过程中，内部空间温度场不均匀的模拟对象可以差分为若干温度节点，内部空间温度比较均匀的模拟对象则单独作为一个温度节点，这些节点的温度都随时间连续变化。 为了降低求解的难度，在建立建筑热过程基本方程的过程中，DeST 将墙体传热简化为一维问题处理，将室内空气温度集总为单一节点处理，同时假定墙体物性不随时间变化。 在此基础上，DeST 对单一围护、一个房间甚至整栋建筑建立基本方程 现有的室内负荷计算程序在求解墙体瞬时传热时所采用的方法各异．它们可以被分为四大类：I数值方法，II谐波法，III反应系数法，IV导热传递函数(CTF)系数法。 常用求解导热问题的数值解法包括有限差分法和有限元法。 数值方法可以求解线性和非线性系统两种情况，当时间步长和空间步长选择合理时能够取得较高的精度。数值方法的另一个优点在于它可以处理多维传热情况，因而常用于分析热桥对墙体动态传热过程的影响。 其不足之处也是明显的，为了保证解的收敛和精度需要划分过多的节点；为了计算出最终的结果，需要求出每一个时间步长的整个空间温度分布：当边界条件改变时，必须重新开始计算所有的参数，因此数值方法在负荷计算程序中并不是一种理想的方法。 空调负荷计算的发展稳态-准稳态-动态 谐波法可以用来解边界条件呈周期变化时的导热微分方程 对于一个非简谐运动的周期函数，通过傅立叶变换可以将其分解为若干个频率呈整数倍的正弦(或余弦)函数的级数形式一即谐波形式，因此室外空气综合温度变化可以用有限的傅立叶级数来近似描述，谐波法是一种较为方便的工程计算方法。 但是谐波分析法的不足也是显而易见的，室外气象条件(特别是太阳辐射)的变化是随机的，它存在许多不确定因素，室外综合温度不可能成正弦