自然通风工况下双层皮幕墙热工性能分析与优化

作     者：王京南 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈友明

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：双层皮幕墙 热工模型 自然通风 百叶倾角 自动控制 结构优化 

摘      要：双层皮幕墙(DSF)因其美观通透的外形,备受建筑设计师的青睐,逐渐在公共建筑中得到应用。但在其实际应用过程中,往往因为结构设计不合理,无法达到节能要求。要提升DSF的节能性能,就要从DSF全生命周期角度考虑,建立一种快速准确的DSF热工模型,来支撑其结构设计优化。因此,本文在综合考虑太阳辐射、室外空气温度、室内空气温度、天空有效温度等多个外扰的前提下,建立了 DSF光学模型、传热模型和自然通风模型,并通过Ping-Pong方法耦合得到DSF热工模型,并在此基础上对DSF结构和运行策略进行了优化,旨在为DSF的工程设计和运行优化提供必要的理论支撑。首先,从DSF传热原理出发,构建DSF热工模型。DSF热工模型是由光学模型、传热模型和通风模型组成。其中,DSF光学模型是以射线追踪法为基础,充分考虑直射、散射、地面反射和天空散射的影响,以期得到准确的DSF逐时太阳辐射吸收量和透过量;传热模型是以能量守恒为基础,充分考虑对流换热、吸收太阳辐射、长波辐射换热、天空辐射和空气流动等因素对DSF热工性能的影响,建立的DSF各控制体的热平衡模型;自然通风模型是根据质量守恒和压力平衡原理,由DSF空腔空气流向模型、空腔压力分布模型、横纵向流量模型和DSF自然通风量模型等多个子模型组成。其次,搭建了实验平台,选定典型日,对DSF热工模型模拟结果和实验实测结果进行对比,探讨模型准确性。在此基础上,对应用该模型进行DSF全年能耗模拟的时间进行估算,探究其工程应用价值。然后,充分考虑DSF遮阳百叶倾角变化对室内得热和自然采光的影响,应用线性加权求和方法构建DSF遮阳百叶倾角优化模型,以指导DSF运行机制的完善。最后,考虑中空玻璃相对位置、遮阳百叶位置、幕墙高度、幕墙宽度和通风口高度等多个结构性因素对DSF热工性能的影响,应用正交试验方法建立DSF结构优化模型,以指导DSF的结构设计优化。研究表明,DSF热工模型能够快速准确地模拟DSF自然通风工况下的热工性能;遮阳百叶倾角优化模型能够有效指导DSF运行控制的完善;DSF结构优化模型对DSF的工程设计有重要指导意义。总之,DSF热工模型对DSF的实践应用有重要的理论支撑作用。