江西地區(qū)建筑南墻與屋頂全年凈得熱預(yù)測(cè)與比較

張紅嬰,李劍琨,2,成曉霞,呂銀嬌

(1.江西理工大學(xué) 建筑與測(cè)繪工程學(xué)院,江西 贛州 341000;2.長(zhǎng)嶺煉化岳陽工程設(shè)計(jì)有限公司，湖南 岳陽 414000)

0 引 言

隨著人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求的不斷提升, 建筑能耗在全國(guó)總能耗中所占比例也越來越大。 目前階段, 建筑能耗占全國(guó)總能耗的27%, 且在2020年前后, 其占比很有可能會(huì)上升至35%左右[1]。 研究表明, 暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑總能耗的50%以上[2], 因此控制空調(diào)系統(tǒng)能耗對(duì)節(jié)能減排具有重要意義, 而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷是精確調(diào)控暖通空調(diào)系統(tǒng)、 降低建筑能耗的重要手段[3]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者均對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷的預(yù)測(cè)進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。Li等[4]針對(duì)氣候變化對(duì)建筑冷負(fù)荷的具體影響問題,利用TRNSYS軟件對(duì)中國(guó)不同氣候區(qū)的辦公建筑冷負(fù)荷進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明, 不同氣候條件下月或年冷負(fù)荷對(duì)氣候變化的響應(yīng)存在明顯差異。 Wang等[5]針對(duì)地下工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱規(guī)律, 利用MATLAB、 Simulink及COMSOL軟件對(duì)地下工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 并分析了其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度及傳熱通量，結(jié)果表明, 當(dāng)室溫恒定時(shí), 傳熱波動(dòng)較小, 熱流密度小于5 W/m2；當(dāng)室溫波動(dòng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失相互耦合時(shí),隨著溫度設(shè)定范圍的波動(dòng),熱損失在0～10 W/m2內(nèi)波動(dòng)。Ichinose等[6]針對(duì)遮陽對(duì)建筑冷熱負(fù)荷的影響問題,選取中國(guó)夏熱冬冷區(qū)的5個(gè)城市,通過eQUEST軟件對(duì)建筑的傳熱過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明,建筑遮陽使建筑夏季冷負(fù)荷減小10%～20%,但建筑冬季熱負(fù)荷卻增加了20%。鄒曉泉等[7]探討了風(fēng)速以及風(fēng)向?qū)Χ窘ㄖ蠅Φ脽岬木唧w影響情況,利用Fluent軟件對(duì)冬季上海建筑南墻在太陽輻射作用下的傳熱過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明,風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的溫度及對(duì)流換熱系數(shù)都有較大影響,對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的對(duì)流散熱量及凈得熱量都有一定的影響。羅松欽等[8]針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面太陽輻射吸收系數(shù)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻對(duì)建筑能耗的具體影響情況,利用斯維爾軟件對(duì)長(zhǎng)沙地區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫度及冷熱負(fù)荷進(jìn)行了模擬計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明, 太陽輻射吸收系數(shù)越低, 夏季建筑冷負(fù)荷越低,但冬季熱負(fù)荷變化不大;增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻可以減少冬季建筑熱負(fù)荷, 但其對(duì)減少夏季建筑冷負(fù)荷的效果較差, 甚至有增大耗能的可能。黃艷雁等[9]針對(duì)建筑雙層表皮對(duì)其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的具體影響問題,采用實(shí)測(cè)的方法測(cè)量了圍護(hù)結(jié)構(gòu)各位置的溫度等數(shù)據(jù)并進(jìn)行了分析，結(jié)果表明,夏季建筑雙層表皮具有很好的隔熱性能,對(duì)降低并維持室內(nèi)溫度穩(wěn)定有積極作用。

以上文獻(xiàn)所進(jìn)行的研究大多數(shù)為對(duì)冬季或夏季時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在太陽輻射作用下的負(fù)荷變化及能耗影響,很少有綜合全年各月標(biāo)準(zhǔn)日建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷變化的具體情況。因此,本文以位于夏熱冬冷氣候區(qū)的江西南昌地區(qū)建筑作為研究對(duì)象,以全年各月標(biāo)準(zhǔn)氣象日的氣象條件作為邊界條件,研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)(南墻及屋頂)各月份吸收太陽輻射總量，同時(shí)擬合了南墻及屋頂外表面凈得熱總量與時(shí)間關(guān)系的預(yù)測(cè)模型,以此為夏熱冬冷氣候區(qū)建筑空調(diào)負(fù)荷精確計(jì)算及建筑節(jié)能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 數(shù)值計(jì)算方法

1.1 數(shù)學(xué)模型

本文運(yùn)用Fluent 14.5軟件來進(jìn)行模擬計(jì)算，將建筑附近的空氣環(huán)境認(rèn)為是定壓的常物性粘性流體。為了讓計(jì)算的結(jié)果貼近于實(shí)際情況,在模擬計(jì)算的過程中,周邊環(huán)境的風(fēng)速和風(fēng)向認(rèn)為恒定不變,流場(chǎng)維持穩(wěn)定。采用文獻(xiàn)[10]中給出的流場(chǎng)控制方程。

連續(xù)性方程

(1)

動(dòng)量守恒方程

(2)

運(yùn)用k-ε標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)上述方程進(jìn)行閉合,湍流動(dòng)能k和湍流能量耗散率ε輸運(yùn)方程為

(3)

(5)

νi=Cμk2/ε。

(6)

運(yùn)用DO模型(離散坐標(biāo)模型),采用文獻(xiàn)[11-12]中給出的輻射傳輸模型及傳熱過程控制方程

(7)

式中:r、s、s′分別為位置矢量、 方向矢量、 散射矢量; 下標(biāo)s為路徑長(zhǎng)度, m;β、σs、χ分別為太陽輻射吸收系數(shù)、 散射系數(shù)、 折射指數(shù);Φ為相位函數(shù);σ為玻爾茲曼常數(shù),σ=5.669×10-8W/(m2·K4);I為輻射強(qiáng)度, W/m2;T為特定物體溫度, K;Ω′為立體角。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程控制方程

(8)

《建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)手冊(cè)》[13]中給出了標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù),利用江西南昌地區(qū)(115°27′E, 28°10′N)全年標(biāo)準(zhǔn)氣象日數(shù)據(jù)作為模擬計(jì)算的基礎(chǔ)。因文獻(xiàn)[12]中僅給出了奇數(shù)月份標(biāo)準(zhǔn)日的詳細(xì)氣象數(shù)據(jù),缺失了偶數(shù)月份標(biāo)準(zhǔn)日的氣象數(shù)據(jù),由此本文利用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)上給出的南昌地區(qū)過去30年間每日的詳細(xì)氣象數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[13]中給出的標(biāo)準(zhǔn)日氣象數(shù)據(jù)選取辦法,得到偶數(shù)月份標(biāo)準(zhǔn)日氣象數(shù)據(jù)(文獻(xiàn)[13]對(duì)這種方法進(jìn)行建筑能耗模擬的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證, 證明其結(jié)果真實(shí)有效)。根據(jù)所得到的奇數(shù)月和偶數(shù)月標(biāo)準(zhǔn)日的氣象數(shù)據(jù)對(duì)屋頂和南墻的傳熱情況進(jìn)行了模擬計(jì)算,由于篇幅所限, 在給出該兩方向圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度及熱通量的逐時(shí)數(shù)據(jù)時(shí),本文僅重點(diǎn)說明奇數(shù)月的詳細(xì)情況,但給出了全年各月圍護(hù)結(jié)構(gòu)的凈得熱總量值。

1.2 物理模型

計(jì)算域的具體設(shè)置要求參見文獻(xiàn)[14]中給出的詳細(xì)要求。模擬計(jì)算域具體尺寸設(shè)置長(zhǎng)×寬×高為245 m×160 m×90 m,考慮到模擬建筑的實(shí)際應(yīng)用及模擬計(jì)算的工作量要求,建筑模型的尺寸設(shè)置為長(zhǎng)×寬×高=20 m×10 m×15 m,具體模型和計(jì)算域如圖1所示(單位m)。

圖1 建筑模型(a)和計(jì)算域(b)Fig.1 Building model(a) and computational domain(b)

南墻及屋頂建筑材料都選自常用的建筑材料,屋頂厚度取0.3 m,南墻厚度取0.26 m。屋頂材料從室外至室內(nèi)分為6層[15],分別為混凝土板1、防水層2、水泥砂漿找平層3、加氣混凝土層4、鋼筋混凝土層5以及水泥砂漿粉刷層6。南墻材料從室外至室內(nèi)分為3層,分別為水泥砂漿7、240多孔磚8、水泥砂漿9。屋頂及南墻各層建筑材料的物性參數(shù)及厚度詳見圖2、圖3、表1[15]。為同時(shí)了解南墻及屋頂在太陽輻射影響下不同典型面溫度及熱通量的變化情況,利用等分原則將圍護(hù)結(jié)構(gòu)由室外至室內(nèi)分成3層,最終分為4個(gè)典型表面,分別為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面、剖面1、剖面2及內(nèi)表面。

圖2 屋頂結(jié)構(gòu)及典型面位置圖Fig.2 Structure and typical surface of roof

圖3 南墻結(jié)構(gòu)及典型面位置圖Fig.3 Structure and typical surface of south wall

表1 屋頂材料參數(shù)
Table 1 Parametes of roof materials

編號(hào)參 量材料名稱厚度H/m密度ρ/(kg·m-3)導(dǎo)熱系數(shù)λ/(W·m-1·℃-1)熱容cp/(kJ·kg-1·℃-1)1混凝土板0.032 3001.510.92 2防水層0.0051 0500.171.68 3水泥砂漿找平0.021 8000.931.05 4加氣混凝土0.17000.221.05 5鋼筋混凝土0.122 5001.740.92 6水泥砂漿0.0251 8000.931.05 7水泥砂漿0.011 8000.931.05 8240多孔磚0.241 1060.4541.05 9水泥砂漿0.011 8000.931.05

1.3 邊界條件和初始條件

本文采用有限容積法離散控制方程,采用二階迎風(fēng)格式差分控制方程。模擬的計(jì)算域入口定義為速度入口,根據(jù)《建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)手冊(cè)》中給出的氣象數(shù)據(jù),計(jì)算域入口處風(fēng)速取南昌地區(qū)奇數(shù)月時(shí)標(biāo)準(zhǔn)氣象日的氣象參數(shù)中實(shí)時(shí)風(fēng)速[13],具體數(shù)據(jù)如圖4所示,其中室外空氣溫度T(空心)和太陽輻射強(qiáng)度I(實(shí)心)均采用南昌市奇數(shù)月時(shí)標(biāo)準(zhǔn)氣象日中外界環(huán)境的逐時(shí)值[13]。

計(jì)算域頂部及底部?jī)擅嬖O(shè)置為絕熱無滑移壁面,兩側(cè)壁設(shè)為對(duì)稱平面,無滑移壁面作為南墻及屋頂外表面,其輻射吸收系數(shù)取0.65。太陽高度及方向具體情況,由軟件Fluent 14.5的內(nèi)部程序運(yùn)算得出, 并隨一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)自動(dòng)更新一次。 利用非穩(wěn)態(tài)法計(jì)算,時(shí)間步長(zhǎng)取90 s。將SIMPLE格式用作速度與壓力的耦合方法,墻壁附近區(qū)域使用標(biāo)準(zhǔn)壁函數(shù)法[16]進(jìn)行計(jì)算。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)日室外空氣溫度及太陽輻射強(qiáng)度Fig.4 Outdoor air temperature and solar radiation intensity of standard day

春秋兩季室內(nèi)溫度保持在20 ℃;由于空調(diào)作用, 夏季室內(nèi)溫度保持26 ℃;冬季室內(nèi)溫度保持在18 ℃[15]。 以南昌地區(qū)奇數(shù)月標(biāo)準(zhǔn)日氣象數(shù)據(jù)[13]作為模擬計(jì)算邊界條件的環(huán)境溫度以及外界太陽輻射強(qiáng)度。

1.4 數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證

為確保本文模擬計(jì)算方法在傳熱和太陽輻射研究中的真實(shí)可靠,需對(duì)上述物理模型進(jìn)行驗(yàn)證。西班牙的維哥地區(qū)(42°13′0″N, 8°41′0″W)與南昌地區(qū)(28°10′N，115°27′E)位于北半球相似位置,具有相似的氣候特征。文獻(xiàn)[17]對(duì)輻射影響下維哥地區(qū)建筑南墻外表面溫度T隨時(shí)間τ的具體變化情況進(jìn)行了測(cè)量以及模擬計(jì)算。本文利用文獻(xiàn)[17]中提供的數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法進(jìn)行模擬計(jì)算，并將結(jié)果對(duì)比分析，如圖5所示。

2 結(jié)果與討論

分析建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽能的吸收情況與傳熱特征,首先必須建立熱平衡方程[18-19]。太陽輻射作用下,南墻及屋頂外表面的熱平衡關(guān)系為

q3nτ=q1nτ-q2nτ,

(9)

式中:q1nτ、q2nτ、q3nτ三項(xiàng)分別代表n月時(shí),τ時(shí)刻單位面積南墻及屋頂吸收的熱量、 散失到外界的熱量、南墻及屋頂外表面的傳熱通量, W/m2。

q1nτ=β(Idnτ+Irnτ),

(10)

圖5 數(shù)值模擬方法驗(yàn)證與實(shí)測(cè)結(jié)果比較Fig.5 Comparison between numerical simulation results and monitoring data

式中:Idnτ、Irnτ兩項(xiàng)分別代表n月時(shí),τ時(shí)刻南墻及屋頂外表面的太陽直射輻射及太陽散射輻射強(qiáng)度, W/m2；β代表南墻及屋頂外表面的輻射吸收系數(shù), 取0.65。

q2nτ=(αc+ατ)(trnτ-taτ),

(11)

式中:trnτ代表n月時(shí),τ時(shí)刻南墻及屋頂外表面溫度, ℃;taτ代表τ時(shí)刻室外空氣溫度, ℃;αc、ατ為對(duì)流熱交換系數(shù), W/(m2·K)、長(zhǎng)波輻射換熱系數(shù),由Fluent 14.5軟件自帶程序算出。

除南墻及屋頂外表面以外,圍護(hù)結(jié)構(gòu)其余典型面?zhèn)鳠嵊?jì)算公式為

(12)

式中:λ代表建筑南墻及屋頂?shù)膶?dǎo)熱系數(shù), 取南墻λ=0.504 W/(m·K), 屋頂λ=0.470 4 W/(m·K);Ti為典型表面i的平均溫度, ℃；i=1, 2。

2.1 南墻及屋頂各典型面溫度隨時(shí)間的變化

由建立的熱平衡方程可以看出,南墻及屋頂實(shí)際吸收的輻射能不僅與太陽輻射吸收系數(shù)和換熱系數(shù)有關(guān),還與南墻及屋頂外表面溫度有聯(lián)系。據(jù)此模擬計(jì)算得到南昌地區(qū)不同月份標(biāo)準(zhǔn)氣象日南墻及屋頂不同典型面平均溫度隨時(shí)間變化的具體情況,如圖6所示。

可見, 夏季7月, 無論是南墻還是屋頂, 各典型面的溫度均要高于其余各月, 并且冬季1月各典型面溫度均低于其余各月。 屋頂各表面溫度極值出現(xiàn)的時(shí)刻也要先于南墻各表面的溫度極值出現(xiàn)的時(shí)刻, 這是由于屋頂相較于南墻來說, 可以接收更多的太陽輻射,南墻是立面且由于朝向的緣故, 導(dǎo)

圖6 各月標(biāo)準(zhǔn)日南墻及屋頂各典型面溫度變化趨勢(shì)Fig.6 Temperature change trend of typical surfaces of south wall and roof on standard days of each month

致其接收太陽輻射的時(shí)間較屋頂更延后并且總量也少于屋頂。 另外, 從室外至室內(nèi)每個(gè)月南墻及屋頂內(nèi)各典型面溫度在逐漸降低, 各典型面溫度極值出現(xiàn)時(shí)刻也在推遲。 造成這種現(xiàn)象的原因是圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面在陽光影響下直接吸收太陽輻射,溫度變化更迅速, 變化范圍也更大。 同時(shí), 由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性及延時(shí)性, 南墻及屋頂外表面接收的熱量, 一部分通過對(duì)流與輻射換熱, 向周圍環(huán)境散失, 另一部分熱量蓄集在該層圍護(hù)結(jié)構(gòu)中, 僅有少量的熱量向室內(nèi)傳遞。 因此， 南墻及屋頂內(nèi)從室外到室內(nèi)的各典型表面的溫度也逐漸降低。

2.2 南墻及屋頂外表面熱通量隨時(shí)間的變化

根據(jù)上文提到的熱平衡方程及各典型面溫度的模擬計(jì)算結(jié)果,統(tǒng)計(jì)出各標(biāo)準(zhǔn)日南墻及屋頂不同典型面熱通量的變化情況。南昌奇數(shù)月標(biāo)準(zhǔn)日時(shí),南墻及屋頂外表面在太陽輻射以及對(duì)流熱交換的影響下,各月外表面熱通量存在一定差異。設(shè)熱量從室外傳入室內(nèi)為正向傳熱,熱量從室內(nèi)傳向室外是負(fù)向傳熱。

由圖7可知, 11月時(shí)南墻外表面熱通量最大, 而5月時(shí)南墻外表面的熱通量最小。 由圖8可看出屋頂奇數(shù)月不同典型面的傳熱情況, 其中7月時(shí), 屋頂各典型面的熱通量值最大, 而1月時(shí)屋頂各典型面的熱通量值最小。 由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以對(duì)熱量進(jìn)行蓄積且傳熱具有延時(shí)性。 由此從室外至室內(nèi), 同一典型面各奇數(shù)月熱通量之間的差值逐漸變小。

圖7 各月標(biāo)準(zhǔn)日南墻各典型面的熱通量Fig.7 Heat flux of typical surfaces for south wall on standard day of each month

圖8 各月標(biāo)準(zhǔn)日屋頂各典型面的熱通量Fig.8 Heat flux of typical surfaces for roof on standard day of each month

2.3 南墻及屋頂凈得熱總量周期性預(yù)測(cè)模型

北方冬季嚴(yán)寒夏季溫度不高,可以只著重關(guān)注屋頂冬季太陽能的被動(dòng)利用。而南昌為夏熱冬冷氣候區(qū),在冬季不僅應(yīng)該利用屋頂吸收的能量,同時(shí)也應(yīng)注意四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞的能量。充分利用輻射所帶來的熱量,做好夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)防熱及冬季利用輻射得熱的工作,對(duì)建筑節(jié)能有很大的意義。由此,應(yīng)確定不同月份投射到南墻及屋頂外表面上輻射能的具體吸收情況。

各月份標(biāo)準(zhǔn)日從上午5:00開始至第二天上午5:00為止,24小時(shí)內(nèi)的南墻及屋頂凈得熱總量為

(13)

式中:Q3是標(biāo)準(zhǔn)日24小時(shí)內(nèi)南墻及屋頂凈得熱總量,kJ/m2。南昌全年各月份南墻及屋頂太陽輻射凈得熱總量的具體情況,結(jié)果如圖9、10所示。

南墻外表面日凈得熱總量11月時(shí)最大, 約為3.78×103kJ/m2,而5月時(shí)最小, 約為0.102×103kJ/m2。造成這種現(xiàn)象是因?yàn)槟蠅σ环矫媸艿教柛叨群头较蚪堑挠绊?另一方面也受到當(dāng)?shù)貧夂蛴绊?。冬季時(shí)太陽直射南回歸線附近, 而北半球的南昌地區(qū),建筑南墻可以接收更多的太陽直射,因此11月時(shí)南墻外表面的凈得熱總量較大。 在夏天, 情況正好相反, 夏季太陽直射北回歸線附近, 由于太陽高度與方向角的緣故,南墻這時(shí)可以接收的太陽直射小于冬季,所以5月時(shí)南墻外表面凈得熱總量更小。 而對(duì)于屋頂來說, 由于屋頂是水平面圍護(hù)結(jié)構(gòu), 夏季可以接收更多的太陽輻射, 而冬季接收的輻射能則少于夏季, 由圖10可看出, 南昌屋頂凈得熱總量在7月時(shí)最大, 約為4.544×103kJ/m2, 在1月時(shí)最小, 約為0.028×103kJ/m2。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)所接收的太陽輻射量可以決定圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面凈得熱總量的多少。

圖9 標(biāo)準(zhǔn)日南墻輻射凈得熱總量Fig.9 Total net heat gain for south wall under standard day

圖10 標(biāo)準(zhǔn)日屋頂輻射凈得熱總量Fig.10 Total net heat gain for roofs under standard day

為預(yù)測(cè)南墻及屋頂凈得熱總量隨時(shí)間的變化, 運(yùn)用擬合軟件1stOpt 15PRO擬合出南墻及屋頂外表面凈得熱總量隨時(shí)間變化的曲線關(guān)系, 南墻(式(14))和屋頂(式(15))凈得熱總量與時(shí)間的關(guān)系為

Q3=0.913+3.14n-2.91n2+0.96n3-

0.15n4+0.01n5-0.000 32n6;

(14)

Q3=-124.67+137.51n-12.89n1.5+3.16×

10-5en-115.53n0.5lnn,

(3)地下水。場(chǎng)地地下水類型以潛水為主，富含于淤泥質(zhì)土以及卵石層中，主要靠降雨和河流補(bǔ)給，平時(shí)地下水相對(duì)較為穩(wěn)定，基本上與河水位持平，水位標(biāo)高在6.00～6.50 m之間，雨水季節(jié)水位較高。

(15)

式中:n代表月份(n=1, 2, …, 12)。 式(14)均方根誤差(RMSE)為0.078,誤差平方和(SSE)為0.073,決定系數(shù)(R2)為0.995; 式(15)均方根誤差(RMSE)為0.092,誤差平方和(SSE)為0.101,決定系數(shù)(R2)為0.997。誤差檢驗(yàn)說明,兩式均有很好的擬合優(yōu)度,可以準(zhǔn)確表示南墻及屋頂太陽輻射凈得熱總量隨時(shí)間的變化情況。

3 結(jié) 論

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷的準(zhǔn)確計(jì)算是空調(diào)系統(tǒng)精確調(diào)控和建筑節(jié)能的基礎(chǔ)。本文以江西南昌地區(qū)作為夏熱冬冷氣候區(qū)的代表地區(qū),利用數(shù)值模擬的辦法分析研究了全年12個(gè)月標(biāo)準(zhǔn)氣象日南墻及屋頂?shù)姆欠€(wěn)態(tài)傳熱情況,主要結(jié)論如下:

(1)在太陽輻射和室外環(huán)境的影響下,南墻和屋頂?shù)湫捅砻娴钠骄鶞囟鹊淖兓艽?夏季7月時(shí)無論是南墻還是屋頂,各典型面的溫度均要高于其余各月，并且冬季1月時(shí)各典型面溫度均低于其余各月。同時(shí),屋頂各典型面溫度極值出現(xiàn)的時(shí)刻均先于南墻典型面溫度極值出現(xiàn)的時(shí)刻。

(2)通過傳熱平衡方程的計(jì)算,明確了南墻及屋頂外表面凈得熱總量隨時(shí)間變化的詳細(xì)情況。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的朝向及太陽輻射的高度與方向角的影響,南墻外表面凈得熱總量在11月時(shí)最大,而5月時(shí)最小。屋頂?shù)那闆r與之相反,屋頂外表面凈得熱總量在7月時(shí)最大,而1月時(shí)最小。

(3)利用擬合軟件1stOpt對(duì)南昌地區(qū)南墻及屋頂外表面凈得熱總量隨時(shí)間的變化關(guān)系進(jìn)行了擬合,給出了適用于南昌地區(qū)擬合優(yōu)度很好的全年各月的圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型,可以用于空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的精確調(diào)配及后續(xù)建筑能耗的預(yù)測(cè)中。