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高温热源工业建筑双辐射作用下室内热环境特性研究

孟晓静  
【摘要】:工业建筑中往往存在高温热源,散发大量的余热,使其环境控制方式和节能设计方法与民用建筑存在很大的差异。我国目前正处在一个工业建筑快速发展的阶段,但工业建筑环境控制和节能设计的研究相对滞后。本文根据工业建筑分类形式,针对高温热源工业建筑室内热环境特性展开研究。具体的研究工作包括:针对高温热源工业建筑,通过调研和测试分析,掌握了高温热源工业建筑形式和基本环境特性。发现了高温热源工业建筑中夏季室内定向平均辐射温度接近100℃,与夏季室外综合温度相比,对围护结构传热的影响存在相等的数量级。因此,在夏季晴天时,高温热源工业建筑围护结构传热和热环境特性受到高温热源辐射和太阳辐射的双辐射作用。本文首先对高温热源的对流辐射特性机理进行了研究,阐明了辐射作用引起的次生对流热源效应机理。热源辐射对流比是预测不同传热方式影响的一个基础参数,不同方式传热的贡献是影响室内热环境特性的重要因素。给出了不同热源表面温度的对流散热量和辐射散热量,以及不同热源温度和不同热源表面发射率下的辐射对流比。研究了热源在定壁温的情况下,不同格拉晓夫数Gr和表面发射率?对流场分布、热源的散热量及热压通风量的影响规律。在Gr=1010-1011时,辐射作用在壁面附近形成了明显的附壁气流。通过数值模拟研究了热源在定热流的情况下,纯对流模型和对流辐射耦合模型计算下的流场特性规律,阐明了高温热源辐射作用对室内热环境特性的影响规律。与实验结果相比,采用纯对流模型计算时,下方区域温度预测值偏低,上方区域温度预测值偏高;采用对流辐射耦合模型计算时,模拟计算的垂直温度变化规律与实验得到的垂直温度变化规律基本一致。辐射热向各方向散发热量,使室内热量分布较为均匀,垂直温度梯度减小,削弱了温度分层效果,降低了通风量。为改善工业建筑工作区热环境,冬季可充分利用辐射热作用,夏季对热源可采用局部隔热或绝热措施降低辐射热。在高温热源对流辐射特性机理及高温热源辐射作用对室内热环境特性影响的研究基础上,通过实验和数值模拟研究了在夏季晴天日周期性变化的太阳辐射作用和稳定的高温热源辐射作用下围护结构非稳态传热过程及室内流场特性。在夏季晴天正午时刻,太阳辐射作用时墙体内壁面温度低于双辐射作用时的内壁面温度,但屋面内壁面温度高于双辐射作用时的内壁面温度。通过数值模拟研究了围护结构性能参数对围护结构传热过程的影响规律,在此基础上,给出了高温热源工业建筑围护结构优化设计参数。研究结果为工业建筑节能和优化设计奠定理论基础。


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