關(guān)于墻體傳熱量-兩種計(jì)算方式-比較

1、關(guān)于墻體傳熱量-兩種計(jì)算方式-比較摘要：有關(guān)墻體傳熱量計(jì)算的方法是隨著人們對(duì)房間負(fù)荷計(jì)算精度要求的不斷提高而不斷發(fā)展的，大概經(jīng)歷了諧波法、反應(yīng)系數(shù)法和Z傳遞系數(shù)法（或者冷負(fù)荷系數(shù)法）。本文通過舉例比較了前兩種方法應(yīng)用于墻體傳熱計(jì)算的異同，并作出了直觀曲線圖加以比較。 關(guān)鍵詞：冷負(fù)荷 諧波法 反應(yīng)系數(shù)法 人們對(duì)房間內(nèi)環(huán)境舒適性要求的不斷提高，反映在冷負(fù)荷計(jì)算方面就是計(jì)算方法的不斷進(jìn)步，先后出現(xiàn)了諧波法、反應(yīng)系數(shù)法、Z傳遞函數(shù)法，冷負(fù)荷系數(shù)法則是建立在Z傳遞函數(shù)法基礎(chǔ)上的一種適合手算的計(jì)算方法。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得負(fù)荷計(jì)算朝著精確化、動(dòng)態(tài)化、可控化方向不斷發(fā)展。由內(nèi)外維護(hù)結(jié)構(gòu)隔離出來的空間房

2、間構(gòu)成了建筑物的基本單元。我們根據(jù)控制論中的線性系統(tǒng)理論來研究房間的熱過程時(shí)，把房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以外墻為代表構(gòu)成一個(gè)墻體熱力系統(tǒng)，墻的外側(cè)空氣溫度和太陽輻射是該系統(tǒng)的擾量，墻的傳熱量是該系統(tǒng)的反應(yīng)；再把房間的各個(gè)內(nèi)表面和室內(nèi)空氣看成一個(gè)熱力系統(tǒng)，可以近似當(dāng)作一個(gè)線性系統(tǒng)，稱作房間熱力系統(tǒng)。下面本文從兩種方法入手，通過對(duì)一具體墻體傳熱實(shí)例進(jìn)行的計(jì)算，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析比較。1 諧波反應(yīng)法1.1 背景介紹諧波法出現(xiàn)在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算時(shí)期的后期,并建立在早期的當(dāng)量溫差計(jì)算方法的基礎(chǔ)之上。最早追溯到50年代初，蘇聯(lián)的A .T . 等人提出了諧波分解的類似方程，并用衰減度和延遲時(shí)間來表示。諧波法可以建立在墻體

3、導(dǎo)熱方程經(jīng)典求解的基礎(chǔ)之上，早在40年代已經(jīng)提出。本文用系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來討論周期性傳熱，因?yàn)橹C波法有周期擾量的前提，所以該方法基本只適用于冷負(fù)荷的設(shè)計(jì)計(jì)算。 墻體熱力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)首先對(duì)外部溫度擾量的諧波分解的指數(shù)表達(dá)式為：（1.2）說明：1. 式1.2中的一對(duì)溫度和熱流擾量只是振幅和初始相位不同的同階諧量。2. 當(dāng)數(shù)模的邊界條件改為墻體兩側(cè)的溫度，內(nèi)側(cè)維持穩(wěn)定時(shí)，仍可推得上述結(jié)論，而且采用過余溫度的結(jié)果，可以取內(nèi)側(cè)溫度為零，因此在求取傳熱量時(shí)只要考慮系統(tǒng)的傳熱傳遞函數(shù)及傳熱過程的頻率響應(yīng)。3. 對(duì)多層墻體同樣可以把。第k階諧波的傳遞函數(shù)記為 （1.4）對(duì)于零階諧波，因?yàn)椋?K為墻體傳熱系數(shù)，

4、從而零階諧波的傳熱量為 （1.5）1.3 衰減度和延遲時(shí)間衰減度和延遲時(shí)間是使得諧波法的物理意義更加直觀的兩個(gè)重要參數(shù),下面的內(nèi)容是基于有限厚墻體來討論的。定義墻體外側(cè)綜合溫度（設(shè)為周期擾量）的波幅與內(nèi)表面溫度波幅的比值為該墻體的衰減度。對(duì)于單墻體，已求得內(nèi)表面熱流公式（1.4）,采用過余溫度,設(shè)室溫為故墻體的衰減度和延遲時(shí)間為：和的模和幅角，對(duì)于帶有兩側(cè)空氣邊界層的單層勻質(zhì)墻，則可用式（1.9）和(1.10)進(jìn)行運(yùn)算. 第k階諧波的墻體衰減度2007-04-22=（1.15）1.4 例題已知某平屋頂是厚為150mm的鋼筋混凝土板,其密度為，比熱和可算得逐時(shí)傳熱量如表1所示。表1 三階諧波法計(jì)

5、算出的墻體傳熱值 89101112131415一階傳熱量(W/m2)8.3419.0631.9046.0160.4274.1586.2695.92二階傳熱量(W/m2)3.6312.432225.131140.913858.36275.681690.97102.5478三階傳熱量(W/m2)3.086612.18925.343341.448158.905475.918590.7578102.0135圖1 諧波法計(jì)算結(jié)果曲線示意圖從三者的曲線圖我們不難發(fā)現(xiàn):(1)如果在實(shí)際計(jì)算中只取一階諧波進(jìn)行計(jì)算,會(huì)導(dǎo)致傳熱量的波峰和波谷值的偏低。2007-04-22(2)第二階和第三階傳熱曲線圖已經(jīng)能夠很好的吻合，說明在工程計(jì)算中，如果不是有特別需要，取階數(shù)為三階已經(jīng)足夠準(zhǔn)確，再高則無意義。2 反應(yīng)系數(shù)法2.1 背景介紹由于反應(yīng)系數(shù)法并不以周期性擾量為前提，可以適用于任意擾量，這是跟諧波法的主要區(qū)別，因此反映系數(shù)法適用于全年的房間負(fù)荷計(jì)算模擬。作為擾量的室外溫度的L變換的求解，簡(jiǎn)化到對(duì)單位階躍擾量下墻體熱力系統(tǒng)反應(yīng)的L變換的求解。對(duì)1.4中的例題，用反應(yīng)系數(shù)法求取單位面積逐