日光溫室墻體傳熱的諧波反應(yīng)法計(jì)算

日光溫室墻體傳熱的諧波反應(yīng)法計(jì)算

1墻體傳熱的計(jì)算日光溫室是充分利用太陽能的節(jié)能建筑。應(yīng)盡可能利用室內(nèi)熱量，有效節(jié)約能源。這是溫室的第一個考慮問題。溫室墻體面積占不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的52%～56%,墻體溫度場隨室外溫度和太陽輻射的周期性變化而變化,只能用非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的方法計(jì)算墻體傳熱。外界氣象條件1年中雖然逐季、逐月、逐日、逐時發(fā)生著變化,但以逐日室外溫度看,大體以24小時為周期發(fā)生變化。在此以遼沈I型示范溫室內(nèi)450mm厚的純磚墻及復(fù)合異質(zhì)墻體為例,采用諧波反應(yīng)法計(jì)算了溫室墻體的傳熱量。2計(jì)算模型2.1發(fā)熱過程的單值性2.1.1后坡仰角遼沈I型試驗(yàn)示范日光溫室跨度為7.5m,長89.25m,脊高為3.5m,后墻高2.2m,后坡仰角32°。墻體為復(fù)合異質(zhì)墻體[從內(nèi)到外的順序:240mm厚紅磚墻+90mm厚苯板(聚苯乙烯泡沫塑料板)+120mm厚紅磚墻]和用于與之對比的450mm厚紅磚墻墻體、450mm厚粉煤灰免燒免蒸養(yǎng)磚墻體(后者本論文未論及)。2.1.2苯板導(dǎo)熱系數(shù)的測定室內(nèi)無熱源,磚墻導(dǎo)熱系數(shù)為0.81W/m·℃?,比?熱?為1.05kJ/kg·℃?,容?重?為1800kg/m3?,苯板導(dǎo)熱系數(shù)為0.0327W/m·℃(實(shí)測值),比熱為1.34kJ/kg·℃,容重為8kg/m3。2.1.3邊境條件墻體內(nèi)外表面第3類邊界條件:內(nèi)外表面換熱系數(shù)分別為8.7W/m2·℃、23W/m2·℃,內(nèi)、外擾實(shí)測值如圖1所示。2.2不穩(wěn)定傳熱計(jì)算的三階諧波測點(diǎn)值的確定利用付氏級數(shù)展開式將內(nèi)、外擾曲線分解成一組以π/12弧度為基頻的簡諧波函數(shù)f(τ)=A0/2+∑n=1N2Ansin(nωτ+?n)f(τ)=A0/2+∑n=1Ν2Ansin(nωτ+?n)其中,A0/2為一個周期內(nèi)內(nèi)、外擾均值,℃,N為一個周期內(nèi)測點(diǎn)值的數(shù)目;n為諧波階數(shù);An為n階諧波的振幅,℃;ω為基頻,ω=2π/T,rad;T為周期,h;?n為n階諧波的初相位角,rad。對于求解板壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定傳熱來說,取3階諧波計(jì)算的結(jié)果足以滿足實(shí)際工程對計(jì)算精度的要求。室外溫度的付氏級數(shù)展開式:tz(τ)=-11.08+4.232sin[(π/12)τ+4.214]+0.461sin[(π/6)τ+4.364]+0.716sin[(π/4)τ+2.995]室內(nèi)溫度的付氏級數(shù)展開式:tr(τ)=12.217+8.65sin[(π/12)τ+4.173]+4.457sin[(π/6)τ+1.223]+2.175sin[(π/4)τ+4.362]2.3不同墻體的頻率響應(yīng)2.3.1表1顯示了加熱頻率的響應(yīng)2.3.2見表22.4傳統(tǒng)材料2.4.1墻體傳熱得熱量的計(jì)算HG=KF{(tza?taa)+(ar/k)*∑n=1N/2(Aan/υyn)sin(ωnτ+?an?Ψyn)?(ar/k)*∑n=1N/2Arn[sin(ωnτ+?rn)?(1/υzn)sin(ωnτ+?rn?Ψzn)]{(tza-taa)+(ar/k)*∑n=1Ν/2(Aan/υyn)sin(ωnτ+?an-Ψyn)-(ar/k)*∑n=1Ν/2Arn[sin(ωnτ+?rn)-(1/υzn)sin(ωnτ+?rn-Ψzn)]式中,K為墻體的傳熱系數(shù),W/m2·℃;F為墻體面積,m2;taa,tza分別為內(nèi)外擾的平均溫度,℃。傳熱得熱量為正時表示向室內(nèi)傳遞熱量;負(fù)值表示向室外傳遞熱量。純磚墻及復(fù)合異質(zhì)墻體的逐時傳熱得熱量如圖2所示。純磚墻一天總傳熱量為-786.6937W/m2,復(fù)合異質(zhì)墻體一天總傳熱量為-174.8961W/m2。2.4.2計(jì)算模型及熱值HG=KF[(tza?tr)+(ar/k)*Σn=1N/2(Aan/υyn)sin(ωnτ+?an?Ψyn)][(tza-tr)+(ar/k)*Σn=1Ν/2(Aan/υyn)sin(ωnτ+?an-Ψyn)]式中,tr為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。耐寒性作物同化適溫為15℃～20℃,半耐寒性作物同化適溫為18℃～25℃,喜溫作物同化適溫為20℃～30℃,生育下限為10℃左右。因此,取tr=18℃。傳熱得熱量正負(fù)值規(guī)定同上。純磚墻一天總傳熱量為-982.6520W/m2,復(fù)合異質(zhì)墻體一天總傳熱量為-218.3094W/m2。3復(fù)合異質(zhì)墻體的熱性能(1)從圖2內(nèi)外擾變化時墻體傳熱量可見,兩種墻體逐時傳熱得熱量曲線變化趨勢基本相同,8∶30～15∶30為揭簾后溫室采光時間,透過采光面的太陽輻射使溫室內(nèi)空氣、土壤、墻體內(nèi)表面溫度升高,加大了與室外溫度的差值,因此也增加了兩種墻體從內(nèi)到外的傳熱量,但在此期間復(fù)合異質(zhì)墻體的逐時傳熱小于純磚墻。全天純磚墻均為向室外的傳熱,而復(fù)合異質(zhì)墻體因有苯板作為隔熱層在蓋簾以后還出現(xiàn)了一定的向室內(nèi)傳熱。一天中復(fù)合異質(zhì)墻體傳熱量比純磚墻減少611.7976W/m2,假定溫室內(nèi)溫度均勻,則整個后墻減少傳熱量120.126kW,節(jié)能十分顯著。(2)保持室內(nèi)溫度為18℃,復(fù)合異質(zhì)墻體在一天中向室外傳熱比純磚墻減少764.3426W/m2,這對于主要依賴太陽能為光、熱來源的節(jié)能型日光溫室而言非常關(guān)鍵。從兩種墻體對外溫的衰減倍數(shù)來看,在保證墻體承載力的前提下,增加墻體的隔熱層則大大減弱外溫對室內(nèi)溫度環(huán)境的影響。復(fù)合異質(zhì)墻體墻溫測試結(jié)果表明,內(nèi)240mm磚墻沿厚度范圍在溫室蓋簾期間的溫度均高于室內(nèi)溫度,夜間為放熱體。因此,對于放置一個或幾個隔熱層的復(fù)合異質(zhì)墻體,隔熱層的位置對通過墻體的