大空间建筑分层空调负荷计算关键问题研究

Stratificated air conditioning load calculation in large space building was proposed in the 1980s in China. Engineering empirical data and tall plant experimental data are adopted in solving key problems such as heat transfer by radiation and convection. But they, the lack of certain scientific, can't be used in the stratificated air conditioning load calculation with various types. Referring to the previous study of large space building indoor thermal environment, the study focuses on the key problems found in stratificated air conditioning load calculation, namely, heat transfer by radiation and convection. The research is set under two conditions which have been used extensively: air jet supply and under replacement supply. For the representative building, non-dimensional alignment charts of heat transfer by radiation are acquired through calculation model of once reflection heat transfer by radiation. The air conditioning load calculation model of radiation transfer is established by applying radiation time series method and improved by the separation experiments between convection and radiation. Two kinds of airflow organization mathematical model in controlled environment is established based on the principles analysis on air jet supply and under replacement supply in the salt water experiment. The mathematical model is confirmed by reduced model experiment and heat transfer by convection is solved by numerical simulation of different medium with the same property. The method of stratificated air conditioning load calculation is put forward based on the above study. Through the operating environment experiment and energy consumption experiment in actual system, the method of stratificated air conditioning load calculation is tested and verified.

我国大空间建筑分层空调负荷计算方法的提出源于上世纪八十年代，其中辐射转移热和对流转移热计算等关键问题采用工程经验数据和高大厂房实验数据，缺乏一定的科学性，且不适应多类型分层空调负荷计算。项目将基于课题组前期大空间室内热环境研究基础，以广泛使用的喷嘴送风和下送风两种分层空调负荷为研究对象，展开辐射转移热和对流转移热等关键问题的研究。项目针对代表性建筑，建立考虑一次反射辐射的辐射转移热计算模型，获得无因次辐射转移热线算图。利用辐射时间序列方法，提出来自非空调区的辐射转移负荷计算模型，通过对流辐射分离实验予以完善。基于喷嘴送风和下送风盐水实验机理分析，建立受控环境下两种气流组织对流转移量数学模型，利用缩尺模型予以实验验证，同时采用异名同物性介质的数值模拟求解对流转移热。在上述研究基础上，提出科学的分层空调负荷计算方法。通过实际系统多工况热环境实验和能耗实验，完善分层空调负荷计算方法。

本项目研究目标旨在对喷嘴送风和下送风分层空调负荷计算中的辐射热转移负荷和对流热转移负荷两个关键问题展开理论和实验研究。为支撑本项目理论研究，项目伊始便在原有实验系统的基础上，通过改建、新建，形成了大空间建筑热环境实验系统体系，包括大空间建筑热环境实验基地、气态缩尺模型实验台等5个实验系统，其中大空间盐水缩尺模型实验台，经专家鉴定达到国际先进。.辐射热转移负荷和对流热转移负荷与室内热环境密切相关，经过多模型比较研究确定采用Block-Gebhart同步模型求解热环境（空气温度、壁面温度），在此基础上，研究提出了辐射热转移负荷和对流热转移负荷计算方法。.针对辐射热转移负荷，研制了考虑多种影响因素的辐射模型修正系数和壁面空调区得热修正系数线算图，提出了用辐射时间序列因子RTS计算周期性逐时辐射热转移负荷，研究了三种利用国际上成熟的建筑热工数据库的RTS获取方法，同时提出了考虑建筑结构因素的简化辐射热转移负荷计算方法，对所提出的辐射热转移和辐射热转移负荷均进行了实验验证。在经过盐水缩尺模型实验台机理实验研究的基础上，提出了物理意义显著、依赖热环境模型解的对流热转移负荷计算方法，研制了喷嘴送风对流热转移负荷线算图，所提出对流热转移负荷计算方法均得到了喷嘴送风和下送风的实验验证。以辐射热转移负荷和对流热转移负荷新计算方法为基础形成的分层空调负荷计算方法，在气态缩尺模型实验室以及大空间建筑热环境实验基地的喷嘴送风和下送风两种气流组织条件下，得到了实验验证。.本项目研究成果弥补了传统方法不能逐时动态计算、无法进行下送风分层空调计算、采用经验数据等等的诸多不足。.四年来，共发表了SCI期刊论文7篇，SCI会议论文10篇，参加国际学术会议并发表论文共20人次，授权发明专利5项，实用新型1项，培养了青年教师3名，1名博士、16名硕士参与了本项目研究，获得各类奖项6项，其学位论文均来自本项目研究内容，学生能力大大提高。