夏热冬冷地区地面冷辐射特性研究

摘要

随着科技的进步以及人们生活水平的不断提高，人们对室内环境的要求越来越高。由于室内热环境对人们的生产和生活有很大影响，因此关于室内热环境的研究一直备受研究学者的关注。在冬季，往往存在室内固体壁面温度过低产生冷辐射效应，造成室内热环境热舒适性降低。对此，国内外学者主要侧重采用辐射板的辐射采暖方式去改善室内热环境，目前还没有就冷表面自身的冷辐射特性进行研究。本文就以此为研究背景，旨在深入研究地面自身的冷辐射特性，从机理上探究改善地面冷辐射效应的方法，从而达到提高室内热环境热舒适性的目的。
　　本文总结了近年来前人的研究成果，简单介绍了夏热冬冷地区室内热环境的现状、热环境对人们的生产和生活的影响，分析了本文的研究背景，揭示了本课题研究的意义。
　　本文对自然条件下室内热环境进行了测试，分析了夏热冬冷地区热环境特征，并对地面冷辐射特性进行理论和数值模拟研究。本文采用了CFD数值模拟的研究方法，首先利用GAMBIT软件建立技术物理模拟，采用六面体网格对计算域进行网格划分；然后利用FLUENT软件进行模拟计算。本文对三种情况下共计12个case进行了模拟计算。结果表明，通过顶板与地面之间的辐射换热方式使地面的温度升高来减轻地面的冷辐射效应是可行的，并且增大顶板的温度有利于实现地面温度在较短时间内得到升高；地面的冷辐射效应会对室内空气的温度和速度分布造成影响，尤其是地面附近的空气，这对于室内人员的热舒适性影响很大，尤其是足部的热感觉；围护结构之间是相互作用相互影响的；它们共同作用于整个室内热环境，采用保温隔热性能好的围护材料能够从源头上减轻冷辐射效应，从而达到节能的目的。在相同条件下，辐射换热方式相较于对流换热方式更容易实现地面温度的升高。
　　本课题的研究将为寻求减轻地面冷辐射效应的方法以及围护结构的热工设计提供一定的依据。要想更进一步研究地面冷辐射特性，还需要建立新的模型，引入更多影响因素进行全面的分析，包括室内家具的摆放、人员分布、人员劳动强度等。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 夏热冬冷地区室内热环境现状

1.2 人与室内热环境

1.2.1 热环境与人体健康

1.2.2 热环境与工作效率

1.3 影响室内热环境舒适性的物理因素

1.4 研究基础与前人研究成果

1.5 本文的研究方法

1.6 本文的研究内容

1.7 本文创新性

1.8 本章小结

第2章 自然条件室内热环境测试

2.1 望城靖港古民居夏季及冬季测试

2.1.1 望城靖港古民居夏季测试

2.1.2 望城靖港古民居冬季测试

2.1.3 望城靖港古民居测试总结

2.2 江西弋阳民居冬季测试

2.2.1 测试民居简介

2.2.2 测试结果分析

2.3 自然条件下室内热环境

2.4 地面冷辐射效应稳态分析

2.5 本章小结

第3章 地面冷辐射特性的数学模型

3.1 流体的控制方程

3.1.1 质量守恒方程

3.1.2 动量守恒方程

3.1.3 能量守恒方程

3.1.4 组分质量守恒方程

3.1.5 控制方程的通用形式

3.2 地面的传热过程

3.2.1 地面的对流传热

3.2.2 地面的辐射传热

3.2.3 地面的综合传热量

3.3 本章小结

第4章 地面冷辐射特性的数值模拟

4.1 CFD简介

4.1.1 CFD软件结构

4.1.2 求解过程

4.2 计算模型的建立以及网格划分

4.3 辐射模型的选择

4.3.1 选择辐射模型考虑的因素

4.3.2 DTRM(离散传播)辐射模型

4.4 空气流动状态的确定

4.5 BOUSSINESQ密度假定

4.6 边界条件与模型参数

4.6.1 固壁边界条件(wall)

4.6.2 模型参数的选定

4.7 网格独立性测试

4.8 模拟结果讨论与分析

4.8.1 地面的温度分布

4.8.2 墙体的温度分布

4.8.3 X=2.5截面温度分布

4.8.4 X=2.5截面速度分布

4.8.5 点P温度随时间的变化

4.9 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录A(攻读硕士期间所发表的学术论文目录)