透明围护结构位置分布对高大空间热风供暖效果的影响

摘要

能源消耗现在已经是中国的一个重要问题，其中建筑能耗已约占总能耗的23％，特别是作为建筑能耗的主要组成部分的供暖供冷能耗。在冬季需要热风供暖的高大建筑空间中，由于浮力的作用，热空气会上浮，驱使室内热量在空间上部积累，从而导致下部人员空间的气温相对较低，故热风供暖时的能耗问题一直是暖通空调领域关注的重点。近年来，透明围护结构(玻璃窗)的面积比逐渐增大，进一步加剧了高大空间热风供暖时室内空间上部热空气积累与下部人员空间热量需求之间的矛盾。
　　当建筑侧墙上玻璃面积比例较大时，由于内表面温度相对较低，使其附近空气降温下沉并在下部堆积，从而导致高大空间室内上下温差过大的现象。本文首先通过实验数据验证了数值模拟方法的可信度和准确性，然后将数值模拟方法应用于本文需要研究的高大空间。利用数值模拟方法探究了透明围护结构面积和位置对高大空间热风供暖效果的影响。
　　研究结果表明，天窗表面附近冷空气的下沉气流对上浮热气流造成了干扰作用，减小了室内热力分层现象。当送风速度和风口面积一定时，温度梯度随着平天窗面积的增大而减小。随着平天窗玻璃面积增大，高大空间上部温度明显下降，但人员空间温度下降幅度并不大。
　　当侧墙上有较大玻璃面积时，由于侧窗表面附近冷空气沿着冷表面下沉到地面附近，同时进一步阻止了送风热气流进入人员空间，造成室内温度分层现象明显，侧墙上的玻璃面积的增大则会显著增大室内垂直温度分布并大幅降低人员空间温度。因此，在窗户位置由屋顶向侧墙迁移过程中，即使玻璃总面积不变，人员空间温度也会明显下降并且室内垂直温度梯度增大。
　　天窗面积和侧窗面积的增加均会增大能耗，但天窗面积增加造成的能耗增量不明显，并且降低了室内垂直温度梯度，而侧窗面积增加则会大幅度增强室内热力分层现象，并明显提高了供暖能耗。
　　为改善透明围护结构面积较大的高大空间的供暖效果，提高送风速度能够降低室内垂直温度梯度，具有较好的改善效果。而提高送风温度的改善效果甚微，甚至反而增大了室内垂直温度梯度，能量利用系数下降。

目录

声明

主要符号表

1 绪论

1. 1 课题背景

1. 2 国内外研究现状

1. 3 研究内容和方法

2 数值模型及其验证

2. 1 本文研究对象和物理模型

2. 2 计算模型和方法

2. 3 所用计算模型的验证

3 高大空间透明围护结构分布对热风供暖房间

3. 1 侧窗面积对室内热环境的影响

3. 2 天窗面积对室内热环境的影响

3. 3 不同位置窗户面积比例对室内热环境的影响

3. 4 本章小结

4 高大空间窗户位置和面积对热风供暖房间能耗的影响

4. 1 侧窗面积对供暖房间能耗的影响

4. 2 天窗面积对供暖房间能耗的影响

4. 3 不同位置窗户面积比例对供暖房间能耗的影响

4. 4 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢