關(guān)于墻體傳熱量的兩種計算方法的比較

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1、關(guān)于墻體傳熱量的兩種計算方法的比較摘要：有關(guān)墻體傳熱量計算的方法是隨著人們對房間負(fù)荷計算精度要求的不斷提高而不斷發(fā)展的，大概經(jīng)歷了諧波法、反應(yīng)系數(shù)法和Z傳遞系數(shù)法（或者冷負(fù)荷系數(shù)法）。本文通過舉例比較了前兩種方法應(yīng)用于墻體傳熱計算的異同，并作出了直觀曲線圖加以比較。關(guān)鍵詞：冷負(fù)荷諧波法反應(yīng)系數(shù)法　　人們對房間內(nèi)環(huán)境舒適性要求的不斷提高，反映在冷負(fù)荷計算方面就是計算方法的不斷進(jìn)步，先后出現(xiàn)了諧波法、反應(yīng)系數(shù)法、Z傳遞函數(shù)法，冷負(fù)荷系數(shù)法則是建立在Z傳遞函數(shù)法基礎(chǔ)上的一種適合手算的計算方法。而計算機(jī)技術(shù)的

2、飛速發(fā)展使得負(fù)荷計算朝著精確化、動態(tài)化、可控化方向不斷發(fā)展?！　∮蓛?nèi)外維護(hù)結(jié)構(gòu)隔離出來的空間——房間構(gòu)成了建筑物的基本單元。我們根據(jù)控制論中的線性系統(tǒng)理論來研究房間的熱過程時，把房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以外墻為代表構(gòu)成一個墻體熱力系統(tǒng)，墻的外側(cè)空氣溫度和太陽輻射是該系統(tǒng)的擾量，墻的傳熱量是該系統(tǒng)的反應(yīng)；再把房間的各個內(nèi)表面和室內(nèi)空氣看成一個熱力系統(tǒng)，可以近似當(dāng)作一個線性系統(tǒng)，稱作房間熱力系統(tǒng)?！　∠旅姹疚膹膬煞N方法入手，通過對一具體墻體傳熱實例進(jìn)行的計算，對其結(jié)果進(jìn)行分析比較。1諧波反應(yīng)法1.1背景介紹　　諧波

3、法出現(xiàn)在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱計算時期的后期,并建立在早期的當(dāng)量溫差計算方法的基礎(chǔ)之上。最早追溯到50年代初，蘇聯(lián)的A.T.Щκοποвер等人提出了諧波分解的類似方程，并用衰減度和延遲時間來表示?！　≈C波法可以建立在墻體導(dǎo)熱方程經(jīng)典求解的基礎(chǔ)之上，早在40年代已經(jīng)提出。本文用系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來討論周期性傳熱，因為諧波法有周期擾量的前提，所以該方法基本只適用于冷負(fù)荷的設(shè)計計算。1.2.1墻體熱力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)　　首先對外部溫度擾量的諧波分解的指數(shù)表達(dá)式為：　　　　　　(1.1)　　以諧波為擾量的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：　　

4、　　　?。?.2）　　說明：　　1.式1.2中的一對溫度和熱流擾量只是振幅和初始相位不同的同階諧量?！　?.當(dāng)數(shù)模的邊界條件改為墻體兩側(cè)的溫度，內(nèi)側(cè)維持穩(wěn)定時，仍可推得上述結(jié)論，而且采用過余溫度的結(jié)果，可以取內(nèi)側(cè)溫度為零，因此在求取傳熱量時只要考慮系統(tǒng)的傳熱傳遞函數(shù)及傳熱過程的頻率響應(yīng)。　　3.對多層墻體同樣可以把代入相應(yīng)傳遞函數(shù)來求其頻率響應(yīng)。1.2.2墻體傳熱量計算公式　　當(dāng)擾量為式（1.1）的多階諧波時,根據(jù)過余溫度定義,其首項零階諧波外側(cè)平均溫度與室內(nèi)氣溫之差：。第k階諧波的傳遞函數(shù)記為　　　

5、　　　（1.3）　　則第k階諧波的傳熱量:　　（1.4）　　對于零階諧波，因為，，K為墻體傳熱系數(shù)，從而零階諧波的傳熱量為　　墻體總傳熱量為：　　　　　?。?.5）1.3衰減度和延遲時間　　衰減度和延遲時間是使得諧波法的物理意義更加直觀的兩個重要參數(shù),下面的內(nèi)容是基于有限厚墻體來討論的?！　《x墻體外側(cè)綜合溫度（設(shè)為周期擾量）的波幅與內(nèi)表面溫度波幅的比值為該墻體的衰減度，內(nèi)表面溫度波對外側(cè)綜合溫度波的相位滯后為該墻體的延遲時間?！　τ趩螇w，已求得內(nèi)表面熱流公式（1.4）,采用過余溫度,設(shè)室溫為，則

6、根據(jù)牛頓放熱定律，內(nèi)表面溫度為：　　　　故墻體的衰減度和延遲時間為：　　　　　?。?.14）　　式中和為傳熱傳遞函數(shù)的模和幅角，對于帶有兩側(cè)空氣邊界層的單層勻質(zhì)墻，則可用式（1.9）和(1.10)進(jìn)行運算.第k階諧波的墻體衰減度和延遲時間可取=來計算。　　這樣，墻體傳熱式可用它的衰減度和延遲時間來改寫，其實部為：　　（1.15）1.4例題已知某平屋頂是厚為150mm的鋼筋混凝土板,其密度為=2500kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)：，比熱。內(nèi)外表面放熱系數(shù)給定為和。試計算該平屋頂?shù)乃p度和延遲時間。并求擾量的溫度

7、作用下,室溫維持280C時的單位面積傳熱量。依次取可算得逐時傳熱量如表1所示。表1三階諧波法計算出的墻體傳熱值01234567一階傳熱量(2)40.3826.6514.544.88-1.68-4.09-3.950.5二階傳熱量(2)38.32228.186119.2511.50785.08891.0062-1.892-1.0316三階傳熱量(2)37.778627.947419.462212.04215.63231.2404-2.1042-1.565989101112131415一階傳熱量(2)8.3

8、419.0631.9046.0160.4274.1586.2695.92二階傳熱量(2)3.6312.432225.131140.913858.36275.681690.97102.5478三階傳熱量(2)3.086612.18925.343341.448158.905475.918590.7578102.01351617181920212223一階傳熱量(2102.48105.49104.75100.392.4681.7468.9054.78二階傳熱量