基于系統(tǒng)辨識理論的多層墻體不穩(wěn)定傳熱分析方法的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高,人們對室內人工環(huán)境的要求也越來越高.室內負荷的正確預測對保證室內環(huán)境質量、節(jié)約能源有著重大意義,而由建筑圍護結構不穩(wěn)定傳熱引起的室內負荷在整個負荷中占較大比例且難以準確計算.傳統(tǒng)的分析墻體不穩(wěn)定傳熱的方法—直接求根法存在失根、效率低下等諸多問題,一直以來,人們不斷尋求更加簡單、更高效率的方法來分析其動態(tài)傳熱過程. 由于建筑設計的需要,出現(xiàn)了越來越多的圓柱形的墻體和半球形的屋頂結構,而現(xiàn)有的負荷計算程序

2、并沒有考慮這兩種類型結構對室內負荷的影響.為了彌補現(xiàn)有負荷計算和能耗分析程序的不足,該文用拉氏變換導出了圓柱形、球形墻體的傳遞矩陣.較平壁而言,這兩種圍護結構傳熱、吸熱s-傳遞函數(shù)形式更加復雜,用常規(guī)的方法計算它們的反應系數(shù)或導熱Z傳遞函數(shù)系數(shù)難以進行,且無法保證計算精度.而采用FDR方法同樣可以從圓柱形、球形結構瞬時傳熱的理論頻率特性中構造出一個多項式s-傳遞函數(shù),并以此計算反應系數(shù)和導熱Z傳遞函數(shù)系數(shù).計算實例表明,用該方法分析圓柱

3、形、球形結構不穩(wěn)定傳熱過程同樣是簡單易行的,并且計算結果準確可靠.第一章緒論 研究圍護結構的不穩(wěn)定傳熱過程對室內冷熱負荷的影響一直以來都是空調研究工作者的一個重點課題.現(xiàn)有的室內負荷計算程序和能耗分析程序在求解墻體瞬時傳熱時所采用的方法各異,但都存在一些無法避免的問題.開發(fā)簡單可靠、易于編程實現(xiàn)的分析圍護結構瞬時傳熱的新方法對準確預測空調設計負荷、建筑物年能耗分析和空調系統(tǒng)控制策略選擇有著重要意義.第二章墻體瞬時傳熱傳遞矩陣 該章用拉普

4、拉斯變換法具體推導了單層平壁、圓柱形及球形結構的瞬時傳熱傳遞矩陣,而多層結構墻體的傳遞矩陣可以通過相應的矩陣乘積及矩陣變換得到.墻體瞬時傳熱的各種傳遞函數(shù)可以從多層結構總的傳遞矩陣元素中計算得到.單層結構墻體的特征方程,特別是圓柱形結構和球形結構,是很復雜的超越函數(shù).通過矩陣相乘得到的多層墻體的特征方程形式更加復雜而且難以求得.傳遞函數(shù)的復雜性使得求根困難、失根難以避免,這將使直接求根法很難以進行且無法保證計算結果的可靠性.必須開發(fā)簡單

5、易行的新方法來分析墻體動態(tài)傳熱過程.第三章基于系統(tǒng)辨識理論重構多層結構墻體不穩(wěn)定傳熱新模型 詳細論述了基于系統(tǒng)辨識理論重構多層結構墻體瞬時傳熱新的數(shù)學模型的方法—FDR方法的可行性和有效性.在所關心的頻域范圍內,兩個表達形式不同而頻率特性一致的數(shù)學模型可以認為是兩個等價的模型.而多層結構墻體瞬時傳熱的理論頻率響應特性可以通過各層子傳遞矩陣代入頻率變量和矩陣數(shù)值乘積得到,這樣就可以用適當?shù)谋孀R算法從墻體傳熱的理論頻率響應特性中重構一個多項

6、式s-傳遞函數(shù)來等價原來理論上復雜的超越傳遞函數(shù).從而避免了求多層墻體瞬時傳熱的理論上復雜的傳遞函數(shù),而對代數(shù)多項式的傳遞函數(shù)的動態(tài)特性進行分析將簡單得多,且可以確保計算的精度.第四章基于構造的多項式s傳遞函數(shù)反應系數(shù)及導熱傳遞函數(shù)的計算具體給出了以構造的多項式s-傳遞函數(shù)為基礎計算墻體反應系數(shù)、導熱傳遞函數(shù)系數(shù)及周期反應系數(shù)的方法推導過程.從計算公式可以看出,基于多項式s-傳遞函數(shù)分析墻體動態(tài)傳熱過程有著傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)點:避免了

7、求總的傳遞矩陣的表達式;避免了求復雜的超越函數(shù)形式的特征方程的根,從而避免了失根問題;簡化了求根過程,提高了計算效率;易于編程實現(xiàn).第五章驗證與分析通過大量的計算實例證明了多項式s-傳遞函數(shù)與墻體動態(tài)傳熱的理論的超越s-傳遞函數(shù)的等價性,FDR方法分析多層結構墻體動態(tài)傳熱特性時的準確性和可靠性.對于直接求根法無法保證計算精度的重型墻體,FDR方法也獲得很好的計算結果.文中列出的周期反應系數(shù)值應取代Spilter的推薦值作為計算設計負荷時