內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)熱特性理論分析與實驗研究.pdf

1、建筑能耗的不斷攀升與能源的匱乏使得人們越來越注重去開發(fā)新的手段，新的技術(shù)去節(jié)約能源。內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑圍護結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是一種在墻體/屋頂內(nèi)預(yù)埋管道利用管道內(nèi)流體循環(huán)在墻體內(nèi)部實現(xiàn)冷熱量轉(zhuǎn)移的建筑圍護結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)具有良好的蓄熱性能及管內(nèi)冷/熱水與管壁面的大接觸面積的特點，因此可以在低溫差傳熱條件下實現(xiàn)大的熱量傳遞，從而可以充分利用低品位能來大大削弱室外氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的影響，減少室外向室內(nèi)的傳熱，實現(xiàn)節(jié)能并提高室內(nèi)熱舒適性

2、。本文主要進行了內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的熱特性理論分析與實驗研究，論文創(chuàng)新及工作要點如下：
　　第一：采用CFD數(shù)值模擬的方法，建立了內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)墻體的CFD模型，并使用該模型研究了內(nèi)嵌管式墻體以及傳統(tǒng)墻體在夏熱冬冷地區(qū)氣候條件下的傳熱特性，研究結(jié)果表明：內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)可以大大的減少室外向室內(nèi)的傳熱量及墻體蓄熱量，降低了夏季/冬季時的室內(nèi)冷/熱負荷，并提高熱舒適性。
　　第二：首次提出了內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的頻域有限差分模

3、型(即FDFD模型)以研究該結(jié)構(gòu)在不同頻率外擾作用下的熱特性。并采用了CFD模型作為參照模型。兩個模型的計算結(jié)果表明FDFD模型比CFD模型更直觀，F(xiàn)DFD模型可以直接反映系統(tǒng)頻域熱特性，CFD模型只能計算出系統(tǒng)的時域熱特性，因此FDFD更加方便進行系統(tǒng)的頻域熱特性分析，并且FDFD模型在計算相同的工況時花費的時間比CFD模型少很多。
　　第三：首次提出內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的簡化熱網(wǎng)模型(RC模型)并在頻域內(nèi)對其參數(shù)進行辨識。RC模型

4、的階數(shù)以及準確的確定 RC模型的參數(shù)(熱阻值和熱容值)是很困難的，并且對于模型的準確性具有重要的影響。為了解決這一難題，本文以內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)頻域有限差分模型(FDFD模型)作為理論模型，以其計算的各個表面的熱流幅值和相角為理論頻域特性。通過遺傳算法(GA)辨識了內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的RC模型的參數(shù)(熱阻和熱容)。結(jié)果表明基于理論模型的計算結(jié)果，通過遺傳算法可以很好的辨識出內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)簡化熱網(wǎng)模型的參數(shù)。
　　第四：首次提出了內(nèi)嵌

5、管式圍護結(jié)構(gòu)的準動態(tài)模型。該模型由簡化熱網(wǎng)模型和熱交換模型(Number of Transfer Units模型，簡稱NTU模型)兩個部分耦合組成。該準動態(tài)模型主要由簡化熱網(wǎng)模型和熱交換模型(Number of Transfer Units模型，簡稱NTU模型)兩個部分耦合組成，通過該模型可以計算內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)沿著內(nèi)嵌管道方向的傳熱，預(yù)測流體的出口溫度。本文以CFD模型作為參照模型對該準動態(tài)模型進行了驗證。結(jié)果表明內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的準

6、動態(tài)模型可以很好的分析該結(jié)構(gòu)沿管道方向的傳熱。本文同時驗證了不同內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的準動態(tài)模型。
　　第五：搭建了內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的實驗平臺，根據(jù)實驗測量數(shù)據(jù)對模型進行了驗證。主要描述了實驗平臺的搭建方法和過程，并使用該試驗臺驗證模型的簡化方法的正確性及內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)準動態(tài)模型本身的準確性。實驗結(jié)果表明內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的理論模型是非常準確的。進一步利用內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的實驗臺也可以更好的分析內(nèi)嵌管式圍護結(jié)構(gòu)的傳熱特性，分析其節(jié)能效