辐射冷顶板的非稳态热力学特性及人体热舒适响应机理分析与实验研究

辐射冷顶板作为一种空调系统末端装置因具有良好的节能性和热舒适性而越来越受到人们的重视。由于辐射冷顶板与室内固体壁面及人体之间的非稳态辐射换热的复杂性，目前还缺乏相关的非稳态辐射换热的热力学基础数据，有关工程设计标准和规范也不完善。本项目基于非平衡辐射基本理论，采用理论与模拟分析、实验研究和实际工程验证相结合的方法，主要开展：（1）辐射冷顶板非稳态的热力学基础特性；（2）辐射冷顶板换热条件下人体热舒适响应机理；（3）辐射冷顶板结构内部冷水循环的流动特性及其与室内固体壁面间换热特性；（4）辐射冷顶板换热系统条件下"定向辐射"换热特性等方面的研究。. 本项目通过理论分析与实验研究,可望建立辐射冷顶板非稳态辐射换热模型及计算与分析方法,为我国建筑室内环境和热舒适研究与评价及建筑节能的优化设计提出新理论和方法,对发展我国的建筑技术学科和改善人居环境等具有重要的实际意义。

辐射冷顶板作为一种空调系统末端装置因具有良好的节能性和热舒适性而越来越受到人们的重视。由于辐射冷顶板与室内固体壁面及人体之间的非稳态辐射换热的复杂性，目前还缺乏相关的非稳态辐射换热的热力学基础数据，有关工程设计标准和规范也不完善。因此本项目开展的研究对发展我国的建筑技术学科和改善人居环境等具有重要的实际意义。.本项目基于非平衡辐射基本理论，采用理论与模拟分析、实验研究和实际工程验证相结合的方法，取得了以下研究成果：（1）混凝土冷辐射顶板传热模型构建。采用有限差分法建立混凝土辐射板二维稳态传热模型，对混凝土辐射板内部传热情况进行模拟，计算得到混凝土内部及表面温度场。（2）混凝土埋管式辐射冷顶板室内非稳态换热特性。基于杰勃哈特法针对非稳态下室内表面间的辐射传热问题建立了数学模型，其中将给定的条件变化（表面温度或表面净辐射热流量）离散为单位时间列向量后，通过矩阵变换得到表面温度变化值和净辐射热流量变化值之间的矩阵关系式，降低了非稳态辐射换热求解的工作量。经实验验证该数学模型可行，且计算过程简洁，为辐射冷顶板房间内的非稳态长波辐射换热计算提供了理论基础。（3）辐射冷顶板办公房间热环境和人体局部热感觉特性。当辐射冷顶板足以承担室内负荷时，空气温度与冷顶板表面温度线性相关，但实际环境中仍然需要辅助的空气冷却。不同的身体部位对整体热感觉和热舒适存在不同影响，整体热感觉主要受头部、手部、腿部和足部热感觉的影响，整体热舒适则主要受头部和腿部的影响。（4）辐射冷顶板条件下室内热舒适及PMV指标适用性。提出了一个辐射换热四表面计算模型以替代原模型，并对该模型的应用进行了实验验证。实验表明，辐射换热四表面计算模型适用于辐射冷顶板系统，由该模型计算得出的人体热负荷的偏离程度较PMV方程更符合受试人员的实际热感受。（5）采用周线积分法计算人体与辐射板的辐射角系数。辐射角系数是计算人体与辐射板间辐射换热量的一个重要参数，针对人体与辐射板之间辐射角系数问题求解的复杂性，使用长方体模型代替站立姿态时的人体形状，进行辐射角系数的计算。 以辐射顶板为例，运用周线积分法和代数法建立了任意位置下人体与辐射板之间辐射角系数的数学表达式，并对结论的合理性进行了验证。