建筑高大空间垂直方向温度分布的预测模型

【摘要】：在数字化控制和人工智能日益发展成熟的今天,工业生产和工业调控越来越依赖于自动化无人值守系统。当前空调自动化调控系统虽然已有一套完整的体系,但若空调自控系统对室内环境进行调控时,不能准确的确定室内环境状态采样点,或是不能在合理的点位取得能反应室内状态参数的样本,那么再精密和智慧的算法,也难以对室内环境做出合理科学的调控。如此,空调的自动化调节就本末倒置了。当前的公共建筑,尤其是大空间公共建筑,例如高铁站,剧院,机场等这类建筑空调系统,在对室内环境进行检测及反馈调节时,并没有通用性、准确度高的数据采集传感器布置参考指导。本文意在给出一套较为简便的预测空间内垂直温度变化的数学模型,以对确定高度方向上能代表控制区域的测点位置,对解决大空间智慧化环境控制提供基本的理论依据。工作着手于西安阿房宫高铁站和宝鸡南高铁站两处车站候车厅大空间的室内温度环境进行了实地测试。西安阿房宫高铁站运用了氦气球悬挂温度模块的方式,进行了室内温度情况24小时监测;宝鸡南高铁站则由于其站房结构为双层架空式的设计,采用细绳捆绑温度模块悬挂测试的方法,并辅以手持TSI仪器进行温度测试。二者站房的环境特点和通风方式不同,通过实测两种不同空调类型的大空间温度参数,得到两类不同空调模式下大空间的垂直温度分布,为验证温度模型提供数据支撑。理论部分,将热源抽象成空间均布的形式,利用参数无量纲化,把室内温度分布归纳为若干基本模型,推导出非均匀热源分布下垂直方向温度曲线的数学表达式。对比实测温度数据及文献温度测试数据。得到了均布热源、非均匀热源(垂直方向)的温度曲线分布模型及其对应的热源分布表达式。工程中热源复杂且多样,通过利用分段函数来描述温度分布,拓展温度曲线分布形式。将分段函数模型与实测数据进行了计算验证,证明了分段函数可以较好的满足工程应用中温度梯度分布的预测需求。利用CFD数值模拟,对几类不同送风方式(下送上回的不同风口形式)的热环境进行分析,验证模型的适用性。证明得到,下送上回同侧送风及下送上回异侧送风工况下,温度预测模型符合精度较高;在下送上回双侧送风的情况下偏离度较大,原因是有空气碰撞产生的空气柱影响;在下送上回全平面送风状态下,由于浮升力与惯性力相互作用的情况,则需要对阿基米德数进行分析。