基于辐射时间序列法的大空间辐射转移负荷研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 2.57MB 97 页 15积分

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摘要

建筑节能日益强调的今天，在大空间建筑中，分层空调的形式越来越多。目

前大空间分层空调负荷计算方法主要沿用陆耀庆先生所编《实用供热空调设计手

册》推荐方法，该方法已有 30 多年，它在计算非空调区对空调区的辐射转移负荷

时所选用的冷负荷系数是基于某高大工厂三天实测数据，无严格验证。本文针对

该冷负荷系数，利用辐射时间序列法进行了一系列的研究，得出冷负荷系数

C2=0.884，同时，提出了基于辐射时间序列法的逐时辐射转移负荷计算方法。论

文的主要工作及研究成果如下：

(1) 改造了原有低温实验室，并进行了相关预实验。在原低温实验室内，构造一

长方体结构的辐射实验室；并在其墙体内侧贴电热膜，其发热功率能够按照

实验需要，由电气控制柜控制输出；通过一系列的布点预实验获得有关壁面

和空气的测点位置，通过一系列的热平衡、风量平衡等预实验，获得该实验

室相关特性。

(2) 提出了用辐射时间序列法获得辐射转移负荷的方法，并用实验进行了验证。

该方法可概括为：在已知地面辐射得热和房间围护结构的前提下，用 PRF/RTF

软件生成地面辐射时间序列因子，再用辐射时间序列法计算得到地面逐时负

荷，进而可求得辐射得热到辐射负荷的冷负荷系数。经实验验证，在实验工

况下平均相对偏差、负荷均值误差和负荷峰值误差最大值分别为 5.71%、3.23%

和2.03%，有较高的精度，从而，为利用辐射时间序列法计算地面冷负荷提

供了一定的依据。

(3) 采用论文提出的辐射转移负荷计算方法，获得一般无窗长方体建筑的冷负荷

系数。论文以 20m40m15m 的建筑结构为标准建筑，在已知辐射转移热量

的情况下，借助 PRF/RTF 软件，获得辐射时间序列因子及其逐时辐射转移负

荷，利用大空间辐射转移冷负荷系数定义，获得了标准建筑的冷负荷系数。

论文通过一系列算例计算发现：冷负荷系数与辐射转移热量振幅峰值比成近

似反比关系，由于大空间地面接收辐射热量的振幅峰值比较小，因此冷负荷

系数较高。研究不同因素对冷负荷系数影响结果发现：气象参数、屋面黑度、

屋顶热工类型、墙体热工类型、地板热工类型、地面黑度等对冷负荷系数有

一定影响，而建筑尺寸和分层高度对其均影响不大。在窗户面积不大的情况

下，利用《实用供热空调设计手册》方法计算大空间辐射转移负荷时，研究

获得了冷负荷系数 C2=0.884，所引起的误差通常不会超过 5%。

(4) 提出逐时辐射转负荷的计算方法。通常可按《实用供热空调设计手册》方法

算得逐时辐射转移热并根据建筑结构从 ASHRAE Handbook 中选取对应的辐

射时间序列因子进行计算。若实际建筑构造与 ASHRAE 数据表中情况相差较

大，没有相近建筑结构可选的情况下，需要利用软件重新计算辐射时间序列

因子，否则会引起较大误差。

论文研究工作对大空间辐射转移负荷、分层空调负荷计算、评估分层空调节

能效果具有重要的理论意义和现实意义。

关键字：大空间辐射转移负荷辐射时间序列法冷负荷系数

逐时辐射转移负荷

III

ABSTRACT

As the building energy conservation is more and more important, more stratified

air-conditionings are used in large spaces. Currently, the cooling load calculation

method we use is recommended by Lu Yaoqing. The method is included in the

Practical Heating and Air Conditioning Design Manual. In this method, the cooling

load factor of radiant heat transfer between non-air-conditioned area and

air-conditioned area is based on measured data of three days, without verification. And

this method was introduced 30 years ago when the measurement instruments were poor.

In this thesis, the cooling load factor (C2) is studied further, and the C2 is 0.884 based

on author’s study. In addition, a dynamic cooling load calculation method of radiant

heat transfer is introduced.

This thesis is mainly focused on the jobs as following below and has achieved

several conclusions:

(1) The laboratory is remoulded into a regular room. The electric films are pasted on

the inner surface of the laboratory wall and an electric control cabinet is set up to

simulate the conduction heat gain through the building envelop. The measurement

points are found with a series of pre-experiments.

(2) The reliability of using the radiant time series method to calculating the radiant

cooling load is confirmed with some experiments. This method can be divided into

the following steps: calculating the radiant heat transfer firstly, generating the

radiant time factors with the PRF/RTF Generator software secondly, calculating

the cooling load of radiant heat transfer with radiant time series method thirdly,

and calculating the cooling load factor lastly. The mean relative deviation, the

error of mean cooling load and the error of maximum cooling load are just 5.71%,

3.23% and 2.03% seperately, under experimental cases.

(3) Based on the study of dynamic cooling load calculation, the cooling load factor is

studied with a series of examples. The factor is defined as the ratio of mean

cooling load to mean radiation heat gain when the heat gain is stored in the floor

The relationship between the cooling load factor and the ratio of the amplitude of

radiant heat transfer to the peak value of radiant heat transfer can be treated as

inverse proportion relationship. As this ratio is small in large spaces, the cooling

load factor is big. And the meteorological parameter, building size, stratification

height and the building construction don’t have much impact on the cooling load

factor. If the building is built of common material and the area of windows is not

large, the value of cooling load factor, C2=0.884, can be used to calculate radiant

cooling load, and the error is less than 5%.

(4) When calculating the dynamic radiant cooling load in a large space, the heat

transfer can be calculated with the method introduced in the Practical Heating and

Air Conditioning Design Manual, the radiant time series factors can be chosen

from the table which recommended by ASHRAE according to the structure of the

building. The error of the peak cooling load is less than 5%. The radiant time

series factors must be chosen carefully or calculated with PRF/RTF Generator

software in particular case, which the ratio of the amplitude of radiant heat transfer

to the peak value of radiant heat transfer is big.

Key Words: Radiant heat transfer in large spaces, Cooling load factor,

Radiant time series factors, Experimental verification, Dynamic

cooling load calculation

摘要 ................................................................ I

ABSTRACT .......................................................... III

第一章绪论 ........................................................ 1

1.1 课题来源及意义 .............................................. 1

1.2 国内外研究现状 .............................................. 2

1.2.1 空调负荷计算方法的发展 ................................. 2

1.2.2 主要空调负荷计算方法特点比较分析 ....................... 5

1.2.3 基于空调负荷的实验研究 ................................. 9

1.3 本文研究内容 ............................................... 10

第二章辐射实验室设计及实验室特性研究 ............................. 12

2.1 辐射实验室设计 ............................................. 12

2.1.1 原环境实验室系统简介 .................................. 12

2.1.2 基于环境实验室的辐射实验室建设 ........................ 16

2.1.3 墙体表面传热模拟设计 .................................. 18

2.2 实验室特性研究 ............................................. 23

2.2.1 实验用仪器 ............................................ 23

2.2.2 实验室风平衡调节 ...................................... 24

2.2.3 壁面温度及环境温度均匀性实验 .......................... 25

2.2.4 周期性扰量准稳态时间及其热平衡试验 .................... 30

2.3 小结 ....................................................... 32

第三章基于辐射时间序列法地板辐射负荷及其实验研究 ................. 34

3.1 辐射时间序列（RTS）法计算地面辐射负荷原理 .................. 34

3.1.1 辐射时间序列负荷计算思路 .............................. 34

3.1.2 周期反应系数（PRF）计算方法 ........................... 34

3.1.3 基于辐射时间序列法地板辐射负荷计算方法 ................ 36

3.1.4 辐射时间序列因子（RTF）计算原理及相关软件介绍 ......... 38

3.2 地板辐射负荷实验原理 ....................................... 45

3.2.1 建筑表面对流辐射分离及其实验原理 ...................... 46

3.2.2 辐射负荷实验工况 ...................................... 49

3.2.3 基于 RTS 的地面辐射负荷计算结果及实验验证 .............. 49

3.3 小结 ....................................................... 52

第四章大空间地面辐射转移冷负荷系数研究 ........................... 53

4.1 大空间辐射转移负荷概念 ..................................... 53

4.2 大空间地板辐射转移负荷冷负荷系数 C2 确定方法 ................ 54

4.3 不同因素对冷负荷系数 C2 的影响分析 .......................... 63

4.3.1 气象参数对 C2 的影响 ................................... 63

4.3.2 建筑尺度等比例缩放对 C2 的影响 ......................... 65

4.3.3 建筑尺度非等比例缩放对 C2 的影响 ....................... 66

4.3.4 分层高度对 C2 的影响 ................................... 67

4.3.5 屋顶热工类型对 C2 的影响 ............................... 67

4.3.6 屋顶外表面黑度对 C2 的影响 ............................. 69

4.3.7 墙体热工类型对 C2 的影响 ............................... 70

4.3.8 地面热工类型对 C2 的影响 ............................... 71

4.3.9 地面黑度对冷负荷系数 C2 的影响 ......................... 73

4.3.10 大空间建筑辐射转移负荷 C2 的取值 ....................... 74

4.3.11 不同途径获得的冷负荷系数 C2 的分析 ..................... 77

4.3.12 基于不同文献的 C2 计算结果分析 ......................... 79

4.4 基于辐射时间序列法逐时辐射转移负荷计算方法 ................. 83

4.5 小结 ....................................................... 85

第五章总结与展望 ................................................. 86

5.1 结论 ....................................................... 86

5.2 展望 ....................................................... 87

参考文献 ........................................................... 88

在读期间公开发表的论文和承担的科研项目 ............................. 92

致谢 ............................................................... 93

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摘要：

I摘要建筑节能日益强调的今天，在大空间建筑中，分层空调的形式越来越多。目前大空间分层空调负荷计算方法主要沿用陆耀庆先生所编《实用供热空调设计手册》推荐方法，该方法已有30多年，它在计算非空调区对空调区的辐射转移负荷时所选用的冷负荷系数是基于某高大工厂三天实测数据，无严格验证。本文针对该冷负荷系数，利用辐射时间序列法进行了一系列的研究，得出冷负荷系数C2=0.884，同时，提出了基于辐射时间序列法的逐时辐射转移负荷计算方法。论文的主要工作及研究成果如下：(1)改造了原有低温实验室，并进行了相关预实验。在原低温实验室内，构造一长方体结构的辐射实验室；并在其墙体内侧贴电热膜，其发热功率能够按照实验需...

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