建筑热湿环境营造过程的热力学基础研究

本课题从建筑室内的热湿扰量排出到室外的传递过程而非热功转换这一视角出发，重新审视建筑热湿环境营造过程。此过程所涉及的自然能源利用、热湿传递网络统一优化、热湿参数互相转换等问题是营造适宜建筑环境的核心问题。本课题将建立一套建筑热湿环境营造过程的热学分析体系，阐明建筑热湿环境营造过程的基础物理模型，包括从室内热湿源到外界不同自然源汇的热湿搬运过程中自然能源品位的评价和利用、传热传湿驱动力的分布、围护结构被动式传输通道和主动式空调系统传输通道的区别和联系。该理论体系能对热湿耦合处理过程的热湿驱动力转换关系进行解释，能对传热传质过程、混合过程、热湿转换过程进行定量科学描述，实现对热泵系统、输配系统和传热传质设备的统一分析，提供系统内部优化准则。利用该理论体系，加深对热湿环境营造系统的深刻认识，给出评价不同系统设备流程性能优劣的方法，指导新设备的设计开发，启发新的建筑热湿环境营造系统的解决方案。

在国家自然科学基金的大力支持下，本项目针对建筑热湿环境营造热学基础理论的若干科学问题展开了为期五年的深入研究，如期完成预定研究内容，取得了以下主要结论和重要发现：.1）建立了建筑热湿环境营造过程的基础物理模型，从室内热湿扰量排除到室外的传递过程而非热功转换这一视角出发，清晰描述了室内热湿源、传热传湿驱动力、不同自然源（汇）及建筑围护结构被动式传输通道和主动式采暖空调系统传输通道的联系，厘清了火用、火积等热学参数的适用性及应用范围，形成了定量描述室内产热、产湿非均匀场以及末端热湿采集过程损失的方法。.2）建立了湿空气热湿处理过程的热学分析基本理论，指明了热湿传递过程及热湿转换中传热传湿驱动力之间的相互转换关系，对热湿处理过程中流量、流型、入口参数、传递能力等不同因素的影响作用进行了区分，对比分析了各种除湿装置、加湿装置在热湿转换过程的损失情况，提出了湿空气处理流程的结构以及内部参数设计提供优化指导原则，有效指导了新型传热传质流程设备的开发和设计。.3）形成了描述建筑热湿环境营造过程中室内末端采集过程、热量传递过程、热湿处理网络的统一分析方法，在对系统关键环节热学损失特性进行量化分析的基础上提出了相应的改善措施，从降低系统损失出发，初步实现了对建筑热湿环境营造过程中热泵系统、输配系统、传热传质面积的统一优化分析，提出了系统内部优化的关键原则，为评价各类空调系统、各类处理流程的性能优劣提供了有效指导，启发了新型热湿环境营造方案的提出。.4）应用建筑热湿环境营造过程的热学分析理论指导了固体除湿装置、溶液除湿装置、空气与水热湿传递装置等实际空气处理装置的优化设计，通过改善处理过程的匹配特性等措施有效减少了处理过程的损失，使得传热传质装置的性能提高20%以上。针对数据息机房、高大空间等典型应用环境，从其热湿环境营造过程的根本任务出发分别提出了适宜的高效营造系统解决方案，实际应用效果表明新型解决方案可比传统方式降低30%以上的运行能耗。 .项目研究期间共发表SCI检索论文30余篇，出版《建筑热湿环境营造过程的热学原理》等学术专著。项目构建了建筑热湿环境营造过程的热学分析基本理论体系，研究成果有助于启发新的热湿环境营造方式，探索新的高效营造途径，为各类新型关键设备的开发指明了方向，并为合理构建不同类型建筑的热湿环境营造系统、切实降低该过程的能耗奠定了理论基础。