復(fù)合材料墻體內(nèi)壁面溫度響應(yīng)-數(shù)學(xué)模型

1、復(fù)合材料墻體內(nèi)壁面溫度響應(yīng)-數(shù)學(xué)模型            摘要：針對建筑物內(nèi)人體的熱舒適性與內(nèi)墻壁面溫度的相關(guān)性，建立了具有復(fù)合材料墻體的房間內(nèi)溫度溫度響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果顯示，在相同的加熱（制冷）條件下，由相同材質(zhì)、相同尺寸組合構(gòu)成的復(fù)合材料墻體，在不同的材料排列方式的情況，室內(nèi)的溫度響應(yīng)有很大的不同，這對間歇性供熱房間內(nèi)人體的熱舒適性有較大的影響。 關(guān)鍵詞：溫度響應(yīng) 間歇供熱 非穩(wěn)態(tài)傳熱 熱舒適性 隨著生活水平的日益提高，人們對自己生活環(huán)境的舒適性要求也越來越高，空調(diào)、

2、電熱油汀、暖風(fēng)機等消費品都已進(jìn)入尋常百姓家庭。對于安裝了這些家用空氣調(diào)節(jié)設(shè)備的房間來說，最大限度地滿足人體的舒適性是我們面臨要解決的問題。在空調(diào)房間內(nèi)，影響人體舒適性的因素主要有：溫度、濕度、空氣潔凈度、噪聲，另外還有一個重要因素“四周墻壁的溫度”。一般認(rèn)為，在冬季，室內(nèi)氣溫達(dá)到1620左右，人體就感到比較舒適，其實不盡然。例如，在夏季，室內(nèi)氣溫為20時，人們穿襯衫活動感到很舒適；而在冬天室內(nèi)同樣為20的情況下，即使穿著較厚的羊毛衫也會感到冷。究其原因就是周圍墻體的低溫造成了人體輻射散熱損失增大，產(chǎn)生了輻射冷感。因此，為了在冬季改善室內(nèi)人體的熱舒適性，目前采用的主要措施是增加對室內(nèi)的供熱量（如

3、安裝大功率空調(diào)器），提高室內(nèi)的空氣溫度，同時通過空氣間接提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度。這又帶來兩個問題：一是不利于節(jié)能；二是室內(nèi)氣溫升高，空氣的相對濕度降低，變得比較干燥，人呆在空調(diào)房間內(nèi)也會感到不舒適。要解決這些問題的關(guān)鍵在于怎樣快速提高空調(diào)房間四周墻體內(nèi)壁面溫度，從而減少人體對墻壁的輻射散熱損失。事實上，在間歇供熱（制冷）的條件下，建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是不可能達(dá)到穩(wěn)定溫度分布。穩(wěn)態(tài)條件下隔熱性能相同的兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在非穩(wěn)態(tài)條件下可以表現(xiàn)出很大的差別。例如，用磚混結(jié)構(gòu)的墻體和一層木板構(gòu)成兩種復(fù)合墻體，其中一種木板在內(nèi)層，另外一種木板在外層。在穩(wěn)態(tài)條件下，兩種復(fù)合墻體的內(nèi)表面溫度是相同的，但是在非穩(wěn)態(tài)條件下

4、，兩者的溫度分布隨時間的變化規(guī)律卻會有很大的不同，木板在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫升較快，而木板在外側(cè)的結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫升較慢。這種現(xiàn)象給我們一個重要的啟示，那就是我們有可能利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)傳熱特性，通過采用不同的墻體內(nèi)表面材料來改善間歇供熱（制冷）條件下的室內(nèi)熱舒適性，同時達(dá)到節(jié)能降耗的目的。1 數(shù)學(xué)模型1.1 下面我們從空調(diào)房間冬季熱量平衡關(guān)系式來研究室內(nèi)墻壁溫度對氣溫響應(yīng)的規(guī)律。對于一般的民用空調(diào)房間：得熱量有；（2）太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)的熱量。失熱量有； （2）室內(nèi)空氣溫升所吸收的熱量。此外還會有通過其它途徑散失或獲得的熱量：、（1）由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)又包括墻、地板、天花板、窗、門，因此有（內(nèi)壁面） （對

5、墻體、地板和天花板）（2）    2007-04-22        （初始條件） （外墻邊界條件）式中： 為材料或空氣的密度，、為墻體的面積，；為天花板的面積，；為門的面積，； 、為墻內(nèi)壁面溫度，；為空調(diào)房間室內(nèi)空氣溫度，；： 。    2 室內(nèi)空氣溫度的計算方法為了計算開始加熱后房間的溫升情況，需要聯(lián)立求解關(guān)于空氣溫度的常微分方程和關(guān)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)的偏微分方程。關(guān)于空氣溫度的常微分方程，可采用隱式的歐拉方法或四階龍格-庫塔方法來求解。關(guān)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)的偏微分方程，采用控制容積有限差分方法求解。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻、地板、天花板、窗、門幾個部分，它們可以分別具有不同的邊界條件和初始條件。這意味著要求解四個初邊值條件不同的偏微分方程。房間的供熱量可以按照空調(diào)設(shè)備的實際制熱功率來計算。冷風(fēng)滲透耗熱量可以參考有關(guān)建筑采暖設(shè)計的方法來計算。在計算門窗的散熱量時沒有