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供暖建筑室温分布规律的研究

作　者: 迟小燕
导　师: 赵庆国
学　校: 北京工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 建筑节能室内温度分布不均匀性三维导热
分类号: TU832
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在我国既有的近400亿平方米建筑中，99%均属于高耗能建筑，单位面积采暖所耗能源相当于纬度相近的发达国家的2~3倍。与国外相比，我国目前采暖系统相当落后，供热公司不能实时了解热网用户的是室内供热温度，造成供暖建筑内出现冷热不均，系统热效率差等问题，从而造成能源浪费。针对上述问题，本文对一字形和L形的既有办公建筑在供暖期间建筑周围的气象参数及建筑内不同位置的温度分布进行了实测。实测结果表明建筑内的温度场在空间和时间上都存在不均匀分布的现象。时间分布方面，建筑内同一位置测点的温度在全天中最低温度和最高温度相差4.3℃。空间分布方面，建筑南侧的温度分布在水平方向波动性较大，最高温度和最低温度的差值为6℃，北侧的温度分布比较均匀；建筑内不同朝向的温度场沿着垂直方向的分布规律大致相同，均是沿着z的增大先升高后降低，最高温度和最低温度的差值均为4℃左右。通过对比得到建筑内实测温度分布与室外温度、测点所处房间空间尺度、测点位置朝向及测点周围人员活动程度之间的关系，阐述各影响因素在空间和时间方面对温度分布不均匀度的作用效果。研究表明：当室外温度变化范围在10℃以内时，建筑内温度相对环境温度处于相对稳定的状态；建筑进深主要影响室内平均温度；建筑的开间和热用户活动程度以及房间开门次数和时间长短主要影响温度场的波动性；而建筑层高主要影响温度分布的均匀程度。本论文根据实测温度场的分布规律建立了一字形和L形建筑的三维传热数学模型和墙体传热模型，根据已测得的环境温度和建筑内具有代表性位置的测点温度，通过Matlab计算得到实时的建筑壁面温度，并由此确定建筑外围护结构的表面传热系数。在Fluent软件中建立数学模型，定义建筑的虚拟固体组分，包括虚拟密度、虚拟比热容和虚拟导热系数，设定第三类边界条件，采用隐式迭代计算方法计算建筑的内部温度分布。将温度分布的计算值和实测值进行对比分析，得出计算温度值和实测温度值之间最大相差0.6℃，验证了建筑传热模型的准确有效性。对建筑的三维传热模型进行无量纲化化简，找到建筑内的无量纲温度分布和无量纲尺寸之间的关系，从而使建筑传热模型对不同形状的建筑均适应。该数学模型具有简单、方便、实时性强等优点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
物理量名称及符号表  8-12
第1章绪论  12-20
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 国外集中供热概况  13-16
    1.2.1 国外供暖系统现状  13-15
    1.2.2 国外供暖系统温控技术现状  15-16
  1.3 国内集中供热概况  16-19
    1.3.1 国内供暖系统现状及存在问题  16-17
    1.3.2 国内供暖系统温控技术现状  17-18
    1.3.3 国内集中供暖发展趋势  18-19
  1.4 本文的研究内容  19-20
第2章供暖期一字形建筑室温分布的测试与分析  20-34
  2.1 被测建筑概况  20-21
  2.2 温度测试概况  21-24
    2.2.1 环境温度采集点的布置  21-22
    2.2.2 室内温度采集点的布置  22-23
    2.2.3 采集时间及记录说明  23-24
  2.3 温度采集结果分析  24-33
    2.3.1 测温当天环境温度分析  24-25
    2.3.2 建筑内温度场水平及垂直方向不均匀度分析  25-28
    2.3.3 温度场分布的影响因素分析  28-32
      2.3.3.1 室内外温差影响  28-29
      2.3.3.2 建筑中房间位置和朝向的影响  29
      2.3.3.3 建筑内房间空间尺度影响  29-32
    2.3.4 建筑内热用户行为活动的影响  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章一字形建筑室温分布的计算  34-62
  3.1 建筑热过程分析  34-35
  3.2 建筑传热模型建立  35-43
    3.2.1 模型物理数学模型  35-37
    3.2.2 模型结构参数的确定  37-43
      3.2.2.1 密度  39-41
      3.2.2.2 比热  41-42
      3.2.2.3 导热系数  42-43
    3.2.3 模型边界条件的设定  43
  3.3 围护结构传热模型  43-56
    3.3.1 一维稳态墙体传热模型  43-46
    3.3.2 外围护结构参数的确定  46-47
    3.3.3 边界条件的确定  47-56
      3.3.3.1 墙体对流边界条件的确定  47-53
      3.3.3.2 屋面对流边界条件的确定  53
      3.3.3.3 墙体及屋面辐射边界条件的确定  53-56
  3.4 温度场求解及计算结果分析  56-60
    3.4.1 模型计算步骤  56-57
    3.4.2 计算结果分析  57-60
  3.5 本章小结  60-62
第4章 L 形建筑传热模型的建立及验证  62-72
  4.1 数学模型的建立  63-65
  4.2 温度场计算结果分析  65-70
  4.3 本章小结  70-72
第5章模型的无量纲化分析  72-88
  5.1 模型的无量纲化  72-76
    5.1.1 无量纲环境温度的确定  72-74
    5.1.2 模型微分方程的的无量纲化  74-75
    5.1.3 初始条件和边界条件无量纲化  75-76
  5.2 一字形建筑无量纲温度场分析  76-80
    5.2.1 无量纲温度场和无量纲尺寸的关系  76-80
      5.2.1.1 无量纲温度场在水平方向的分布规律  77-79
      5.2.1.2 无量纲温度场在垂直方向的分布规律  79-80
  5.3 L 形建筑无量纲温度场分析  80-87
    5.3.1 无量纲温度场和无量纲尺寸的关系  81-87
      5.3.1.1 无量纲温度场在水平方向的分布规律  81-85
      5.3.1.2 无量纲温度场在垂直方向的分布规律  85-87
  5.4 本章小结  87-88
结论  88-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  94-96
致谢  96

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