溫度與日射負(fù)荷的實(shí)用關(guān)系

溫度與日射負(fù)荷的實(shí)用關(guān)系

建筑能源分析對建筑節(jié)能的運(yùn)行具有重要意義。建筑能耗分析有詳細(xì)計算法和簡化計算法。詳細(xì)計算法對建筑的描述詳盡,但程序較為復(fù)雜,不太適合設(shè)計人員現(xiàn)場使用。簡化能耗分析方法由于它的簡便、直觀及有相當(dāng)?shù)目煽啃?也有非常強(qiáng)大的生命力。建筑物能耗簡算法中的BIN法按頻數(shù)計算能耗,簡便、直觀,易于被工程技術(shù)人員接受,極易在我國推廣應(yīng)用。BIN法也叫溫、濕頻數(shù)法,用這種方法計算能耗首先需要將各種負(fù)荷與溫度建立關(guān)系。將室外氣溫按一定間隔分段并統(tǒng)計出每段溫度出現(xiàn)的小時數(shù)(即頻數(shù)),再取溫度段內(nèi)干球溫度相應(yīng)的含濕量對溫頻數(shù)取平均值,得到與該溫度段中心溫度相對應(yīng)的含濕量。用該溫度段內(nèi)代表溫度對應(yīng)的負(fù)荷乘以該段內(nèi)總頻數(shù)得該溫度段內(nèi)能耗,將夏季或冬季各溫度下的冷熱耗量累計求和便是全年冷或熱耗量。BIN方法思路較好,應(yīng)用也方便。但這種方法在計算占總負(fù)荷比重較大的透過玻璃窗日射負(fù)荷時卻偏粗糙,它把透過玻璃窗日射負(fù)荷看成室外溫度的線性關(guān)系,找到冬季和夏季平均情況下的日射負(fù)荷,再找到冬季和夏季代表溫度,溫度與負(fù)荷對應(yīng)即得兩個點(diǎn),認(rèn)為負(fù)荷滿足這兩個點(diǎn)確定的直線關(guān)系。這種處理方法過于粗略:一方面日射負(fù)荷與溫度不是直線關(guān)系;另一方面確定兩點(diǎn)時,負(fù)荷所對應(yīng)的代表溫度的選取主觀因素很大,缺乏客觀標(biāo)準(zhǔn)。1日照燈的日照燈計算1.1夜間輻射熱對熱點(diǎn)的影響由于空氣主要是由雙原子氣體組成,太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)首先被室內(nèi)各種物體表面吸收和儲存,表面溫度高于室內(nèi)溫度時,才以對流方式將儲存熱放散給空氣,使室內(nèi)溫度升高,形成冷負(fù)荷。這樣,得熱不等于負(fù)荷。由于儲存熱放散的滯后性,沒有太陽輻射的夜間輻射熱也在起作用。為了計算逐時的透過玻璃窗日射負(fù)荷,提出了冷負(fù)荷系數(shù)的概念,冷負(fù)荷系數(shù)是分朝向逐時給出的。日射冷負(fù)荷系數(shù)最初用于確定冬、夏日射負(fù)荷,在已知冬季和夏季最大日射得熱因數(shù)的情況下,乘以相應(yīng)朝向的逐時冷負(fù)荷系數(shù),就可得透過玻璃窗逐時日射冷負(fù)荷。原BIN方法找到了負(fù)荷與溫度的關(guān)系,但是它只找了兩個點(diǎn),認(rèn)為透過玻璃窗日射負(fù)荷與溫度的關(guān)系滿足這兩個點(diǎn)確定的直線關(guān)系。新方法是在承認(rèn)BIN方法思路的基礎(chǔ)上,找到溫度與負(fù)荷更多的對應(yīng)關(guān)系,用這些點(diǎn)找出溫度與負(fù)荷的統(tǒng)計關(guān)系。先確定逐日最大日射得熱因數(shù)。1.2日中最大日照時間的熱因數(shù)的確定1.2.1日變化的時間和標(biāo)準(zhǔn)時間太陽方位角A為太陽方向的水平投影偏離南向的角度。據(jù)文獻(xiàn),由式(1)確定,sinA=sinhcosdcosβ(1)sinA=sinhcosdcosβ(1)式中:h為太陽時角;d為太陽傾角(赤緯角);β為太陽高度角,三個量都為逐時值,解釋如下。太陽時角h表示當(dāng)天某時太陽在其運(yùn)行軌道上離開中天的位置,它以當(dāng)?shù)卣鐣r為零,上午(太陽偏東)為負(fù),下午(太陽偏西)為正。太陽時角反映的當(dāng)?shù)靥枙r與鐘表指示的時間不同。首先由于地球運(yùn)動的不等速和地球赤道平面對繞日軌道平面的傾斜,一年中太陽日的長度是變化的,而鐘表示值始終均勻一致,兩者有一差值,稱為時差;當(dāng)?shù)氐钠骄枙r又與鐘表指示的當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時間(法定時)不同,我國以北京時間為標(biāo)準(zhǔn)(東經(jīng)116°)。當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時間又與地方時之間差了一個經(jīng)度關(guān)系115(l-ls)?l115(l?ls)?l為當(dāng)?shù)亟?jīng)度,ls為當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時對應(yīng)的經(jīng)度,所以,h=(ls±l-ls15+e60-12)×15h=(ls±l?ls15+e60?12)×15太陽傾角d,它是太陽光線與地球赤道平面的夾角。d的日平均值由式(2)確定。n為日期序數(shù)。d(n)=0.0063218-0.4057476cos(2πn366+0.1532310)-0.0058798cos(4πn366+0.2070988)-0.0032334cos(6πn366+0.6201293)(2)d(n)=0.0063218?0.4057476cos(2πn366+0.1532310)?0.0058798cos(4πn366+0.2070988)?0.0032334cos(6πn366+0.6201293)(2)太陽高度角β,為太陽方向與水平面的夾角。β由式(3)確定sinβ=sindsinφ+cosdcosφcosh(3)sinβ=sindsinφ+cosdcosφcosh(3)式中:φ為地球上某點(diǎn)的緯度。1.2.2墻面方位角確定它是太陽光線與墻面法線兩者在水平面投影的夾角。由式(4)確定,θ=abs(A-α)(4)θ=abs(A?α)(4)式中:α為墻面方位角。墻面方位角α是墻面法線在地面上的投影與正南向之間的夾角,定義它偏東為負(fù),偏西為正。1.2.3太陽射線方向垂直強(qiáng)度原始記錄數(shù)據(jù)為水平面直射強(qiáng)度I,垂直于太陽射線方向直射強(qiáng)度In。因?yàn)棣﹏=Ι×FFsinβIn=I×FFsinβ,所以,Ιn=ΙsinβIn=Isinβ1.2.4垂直表面的直覺強(qiáng)度逐時角度確定后,垂直面上直射強(qiáng)度用式(5)計算,Ιcz=Ιncosβcosθ(5)Icz=Incosβcosθ(5)1.2.5求逐時入射角為了利用入射率與入射角的連續(xù)關(guān)系得到逐時入射率,需先求逐時入射角。經(jīng)計算,入射角Ω可由式(6)計算得到,Ω=arccos(cosθcosβ)(6)Ω=arccos(cosθcosβ)(6)式中:θ、β意義同前。1.2.6入射率的影響由文獻(xiàn)中可以查到幾個角度時的直射入射率,計算中需要任意角度時的入射率,為此利用文獻(xiàn)中提供的數(shù)據(jù)采用多項(xiàng)式回歸,得到入射率隨入射角的連續(xù)變化關(guān)系。散射入射率取45°直射入射率。1.2.7玻璃法線的線性關(guān)系DJ由公式(7)計算,式中:τD為散射日射透過率;αD為散射日射吸收率;τD+NαD為散射負(fù)荷進(jìn)入室內(nèi)的比例,用標(biāo)準(zhǔn)玻璃的τD+NαD乘以其綜合遮擋系數(shù)Cz;JD為散射日射強(qiáng)度,W/m2;τN為直射日射透過率;αN為直射日射吸收率;N為玻璃吸收日射后傳向室內(nèi)的部分;λ,τN+NαN為直射負(fù)荷進(jìn)入室內(nèi)的比例(入射率),以標(biāo)準(zhǔn)玻璃為基準(zhǔn)找到其值,普通實(shí)際玻璃在此基礎(chǔ)上乘以綜合遮擋系數(shù)Cz;Icz為直射輻射強(qiáng)度在玻璃法線方向的分量,Icz=Incosθcosβ,In為直射輻射強(qiáng)度,θ為太陽射線在水平面上投影與墻面法線的夾角,β為太陽高度角。這樣直射輻射形成負(fù)荷部分可以看成直射輻射強(qiáng)度的線性關(guān)系。散射入射率取45°入射角的直射入射率。1.2.8日中最大日照時間的熱因數(shù)為dap逐日的逐時日射得熱因數(shù)DJ確定后,從中找出日射得熱因數(shù)最大值DJmax。1.3逐時溫度-透過玻璃逐日期射因數(shù)關(guān)系及其統(tǒng)計描述1.2中已經(jīng)得到了365天逐日最大日射得熱因數(shù)DJmax。對某一朝向,用最大日射得熱因數(shù)DJmax乘以該朝向逐時冷負(fù)荷系數(shù)得透過玻璃窗逐時日射負(fù)荷因數(shù),用Cf表示。Cf的意義是單位玻璃窗凈面積,標(biāo)準(zhǔn)玻璃情況下的日射負(fù)荷。有逐時溫度的情況下,逐時溫度和逐時日射負(fù)荷在時間上是對應(yīng)的,這樣就得到了逐時溫度-透過玻璃窗逐時日射負(fù)荷因數(shù)關(guān)系。為得到負(fù)荷計算可以使用的T-透過玻璃窗逐時日射因數(shù)的一般統(tǒng)計關(guān)系,將一定溫度范圍內(nèi)(經(jīng)過分析,本文取±0.5℃)溫度對應(yīng)的日射負(fù)荷因數(shù)取平均,所取溫度范圍的中點(diǎn)溫度對應(yīng)這一平均值。作者用重慶、成都、昆明、貴陽標(biāo)準(zhǔn)年數(shù)據(jù),通過詳細(xì)統(tǒng)計分析構(gòu)成了四個城市全天24h連續(xù)運(yùn)行、白班制運(yùn)行及用于冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)能耗計算用溫、濕、輻射頻數(shù)數(shù)據(jù),還分月、季節(jié)給出了頻數(shù)。后續(xù)工作中將完成其余城市的頻數(shù)構(gòu)成。篇幅所限,以下只列出成都全年24h連續(xù)運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)無內(nèi)遮陽溫度-日射負(fù)荷因數(shù)Cf關(guān)系,見表1。2兩種負(fù)荷圖線對比比較條件:成都某空調(diào)房間?？照{(diào)面積,900m2;單層鋼窗,5mm茶色玻璃,淺藍(lán)布簾內(nèi)遮陽;窗朝向?yàn)闁|、南、西、北四個方向,四個方向面積均為60m2。為了清楚地觀察兩種情況的差異,分朝向畫出負(fù)荷圖線,如圖1所示?？傮w來說,新的統(tǒng)計關(guān)系與線性關(guān)系存在顯著差異。通過大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明,原方法所假設(shè)透過玻璃窗日射負(fù)荷與溫度的線性關(guān)系是不存在的。新方法詳細(xì)統(tǒng)計了透過玻璃窗日射負(fù)荷與溫度之間的關(guān)系,該項(xiàng)負(fù)荷及能耗計算理論更嚴(yán)謹(jǐn)、數(shù)據(jù)更可靠,具有明顯的優(yōu)越性。新方法完全可以代替原方法計算透過玻璃窗日射負(fù)荷及能耗。3單位空調(diào)面積日射負(fù)荷以成都南向玻璃窗為例說明負(fù)荷及能耗計算方法。計算條件同上一節(jié):空調(diào)面積,Ar=900m2;玻璃窗面積F=60m2,單層鋼窗,5mm茶色玻璃,淺藍(lán)布簾內(nèi)遮陽。1)查文獻(xiàn),考慮玻璃類型、內(nèi)遮陽及窗戶有效面積的玻璃窗綜合遮擋系數(shù)Cz為0.75。單位空調(diào)面積日射負(fù)荷為,CL(Ti)=F×Cz×Cf(Ti)/Ar=60×0.75×Cf(Ti)/900=0.05Cf(Ti)(W/m2空調(diào)面積)。代入各溫度下的日射負(fù)荷因數(shù)Cf即得不同溫度時的日射負(fù)荷。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