CN110704926B - 大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法，用于对大空间建筑分层空调负荷中非空调区向空调区的辐射热转移负荷进行非稳态计算，从而解决分层空调设计时辐射热转移负荷只能稳态计算、计算不精确等问题，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，拟合逐时的室外空气综合温度，将室外空气综合温度的逐时变化展开为傅里叶级数形式；步骤S2，计算逐时的内壁面温度；步骤S3，计算逐时的辐射热转移量；步骤S4，拟合逐时的辐射热转移量；步骤S5：计算非稳态辐射热转移负荷。

Description

大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法

技术领域

本发明属于大空间建筑空调负荷计算技术领域，具体涉及一种大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷的计算方法。

背景技术

考虑到降低建筑能耗与提高室内空气品质，大空间建筑常采用分层空调。分层空调是指仅对大空间建筑下部人员活动区进行空调，而对上部空间不进行空调的空调方式。因此在大空间建筑中分层空调负荷是指仅负责下部空调区空调承担的负荷，分层空调负荷是确定空调系统向室内提供冷量的依据，同时也是评估分层空调节能量的关键。

大空间建筑分层空调下，室内热环境的特点就是室内空气垂直温度分层、梯度明显；非空调区无论是内壁面温度还是空气温度要远远高出空调区的温度，因此非空调区会通过不同形式向下部空调区传递热量，进而在空调区形成负荷。大空间建筑分层空调负荷在空调区常规空调负荷的基础上增加了辐射热转移负荷和对流热转移负荷。

辐射热转移量是辐射热转移负荷计算的基础。辐射热转移量包括壁面辐射热转移量和太阳辐射热转移量。壁面辐射热转移量是非空调区各个壁面和空调区各个壁面的温差引起的壁面间辐射换热，太阳辐射热转移量是由于通过非空调区窗户透射的太阳辐射到达空调区各个壁面带来的辐射得热。进入空调区的辐射热转移量经空调区围护结构蓄放热，形成了空调区的辐射热转移负荷。大空间建筑室内复杂的气流组织、室外环境变化、室内热源分布等的影响，都会导致室内热环境状态参数的变化和辐射热转移负荷的变化，因此辐射热转移负荷计算一直是设计人员的难题。

目前大空间建筑分层空调负荷中辐射热转移负荷计算方法，采用《实用供热空调设计手册》中提及的稳态计算方法，其辐射热转移负荷计算分为两步：一是辐射热转移量采用非空调区向空调区地板的壁面辐射换热量和透过非空调区窗户被地板吸收的太阳辐射热量为依据，乘以空调区得热修正系数(推荐取1.3)得到非空调区向空调区的辐射热转移量，其中壁面辐射换热量计算采用直接辐射模型；二是对其辐射热转移量形成的辐射转移负荷，以辐射热转移量乘以冷负荷系数(取0.45～0.72，一般取0.5)的方法确定。具体计算公式如下所示：

(1)计算辐射热转移量：

式中：Q_R——非空调区对空调区的辐射热转移量，单位W；

∑Q_i,d——非空调区i壁面对地板的辐射换热量，单位W；

N——非空调区壁面数；

∑Q_k,d——透过非空调区k窗户被地板吸收的日射得热量，单位W；

N’——非空调窗户数；

C₁——空调区得热修正系数，一般取1.3；

X_i,d——非空调区i壁面对地板的角系数；

F_i——非空调区i壁面计算面积，单位m²；

ε_i,ε_d——分别为非空调区i壁面和地板的发射率；

σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；

T_i,T_d——非空调区i壁面和地板的绝对温度，单位K；

ρ_d——空调区地板对太阳辐射吸收率；

X_k,d——非空调区k窗户对地板的角系数；

F_k——非空调区k窗户面积，单位m²；

J_k——透过非空调区k窗户的太阳辐射强度，单位W/m²。

(2)辐射热转移量形成的冷负荷，即辐射热转移负荷可按下式计算：

CLQ_R＝C₂Q_R

式中：CLQ_R——非空调区对空调区的辐射热转移负荷，单位W；

C₂——冷负荷系数，取0.45～0.72，一般取0.5。

上述辐射热转移负荷的计算方法，是上世纪八十年代科研人员通过对某汽轮机高大厂房喷嘴送风分层空调进行的实验研究、理论探讨、现场测试得到的。该计算方法研究深度受限于当时大空间建筑热环境的研究条件，其中多处采用了当时实测数据总结的经验值，且实验和实测条件单一。基于目前大空间建筑室内热环境研究深度，该计算方法的缺陷与不足有：

(1)在计算辐射换热时使用直接辐射模型，即在计算非空调区壁面与空调区壁面间辐射换热量时只考虑直接辐射部分，忽略了反射吸收，计算结果存在一定误差；

(2)采用非空调区壁面向空调区地板的辐射换热量乘以空调区得热修正系数C₁(取1.3)，以确定整个非空调区向空调区的辐射转移热，得热修正系数与分层高度等参数无关，显然不合理，因此该系数不具有普遍性；

(3)利用冷负荷系数C₂确定辐射热转移负荷，推荐取值范围为0.45～0.72，一般取0.5，但未给出不同取值的具体应用范围；

(4)采用冷负荷系数为常数的方式确定冷负荷，不符合现代对非稳态负荷计算的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能够对大空间建筑空调区中非空调区向空调区的辐射热转移负荷进行逐时计算，为空调设计人员在设计大空间建筑分层空调时提供有效依据的非稳态辐射热转移负荷计算方法，其技术方案：

本发明提供了一种大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷的完整计算方法，用于对大空间建筑分层空调负荷中非空调区向空调区的非稳态辐射热转移负荷进行计算，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，拟合逐时的室外空气综合温度t_Z,τ，将室外空气综合温度的逐时变化展开为傅里叶级数形式；步骤S2，计算逐时的内壁面温度θ_N,τ；步骤S3，计算逐时的辐射热转移量Q_R,j,τ；步骤S4，拟合逐时的辐射热转移量Q_R,j,τ；步骤S5：计算非稳态辐射热转移负荷CLQ_R,τ。

本发明为了便于工程计算，在完整计算方法的基础上对其进行简化，还提供了一种大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷的工程简化型计算方法，其特征在于，包括：步骤T1，拟合逐时的室外空气综合温度t_Z,τ；步骤T2，计算逐时的内壁面温度θ_N,τ；步骤T3，利用直接辐射模型和模型修正系数C₀值、空调区壁面得热修正系数C_1a值和太阳空调区得热修正系数C_1b值计算逐时的辐射热转移量Q_R,τ；步骤T4，拟合逐时的辐射热转移量Q_R,τ；步骤T5，计算非稳态辐射热转移负荷CLQ_R,τ。

本发明提供的大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷工程简化型计算方法，还可以具有这样的技术特征，其中，模型修正系数C₀为采用Gebhart辐射模型计算的非空调区各个壁面对空调区地板辐射换热量与采用直接辐射模型计算的非空调区各个壁面对空调区地板辐射换热量的比值，空调区壁面得热修正系数C_1a为由Gebhart辐射模型计算的空调区各壁面辐射热转移量之和与空调区地板辐射热转移量的比值，空调区太阳得热修正系数C_1b为空调区各个壁面吸收来自非空调区的太阳辐射热转移量之和与空调区地板吸收来自非空调区的太阳辐射热转移量的比值。

发明作用与效果

根据本发明的大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷计算方法，由于该方法首先计算出因室外周期性扰量作用下的非空调区与空调区的围护结构内壁面逐时温度，计算时利用谐波反应法考虑围护结构蓄热特性；然后根据逐时内壁面温度计算非空调区各个壁面对空调区各个壁面之间的逐时壁面辐射热转移量，计算中用Gebhart辐射模型(考虑直接辐射吸收和一次反射吸收)代替直接辐射模型进行计算；接着根据透过非空调区外窗的逐时太阳辐射强度，以及非空调区各个外窗对空调区各个壁面的角系数、空调区各壁面材料对太阳辐射的吸收率，计算得到逐时太阳辐射热转移量；逐时壁面辐射热转移量和逐时太阳辐射热转移量之和便可以得到非空调区对空调区的逐时辐射热转移量；最后在得到逐时辐射热转移量的基础上，根据空调区各壁面的放热衰减和延迟特性，利用谐波反应法计算非稳态非空调区向空调区的辐射热转移负荷。因此本发明的非稳态辐射热转移负荷计算方法能够精确地计算出大空间建筑中各个时间段非稳态的辐射热转移负荷，解决了过去对空调空间中的辐射热转移负荷只能进行稳态计算导致计算出的负荷不符合实际的问题，从而为空调设计人员在空调设计时提供更有力的数值依据，最终使得分层空调设备系统设计所提供的冷量设备功耗更接近实际情况。

另外，本发明还提供了一种大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷的工程简化计算方法，该方法通过查找线算图得到模型修正系数C₀值、壁面空调区得热修正系数C_1a值和太阳空调区得热修正系数C_1b值，然后计算空调区的辐射热转移量，使得计算过程更为简化，符合工程需要；在此基础上，再根据空调区围护结构的放热特性计算空调区的辐射热转移负荷，即只要知道围护结构的放热衰减度和放热延迟时间，就可以计算非稳态辐射热转移负荷，本发明根据大空间建筑空调区的5个壁面的放热特性，利用谐波法叠加计算获得，不同于小房间6个壁面的房间采用房间整体放热特性计算获得。相比于传统方法，本发明的工程简化方法中采用的修正系数取值考虑了多种因素，使修正系数可以根据实际情况查取，所得辐射热转移量的结果更为精确，从辐射热转移量到辐射热转移负荷的计算采用了本发明所述方法，使得结果更贴合实际情况，满足了计算动态负荷的要求。

附图说明

图1是本发明实施例一中非稳态辐射热转移负荷计算方法的流程图；

图2是本发明实施例一中地面传热地带划分的示意图；

图3是本发明实施例一中大空间建筑典型结构的示意图；

图4是本发明实施例二中模型修正系数C₀值线算图；

图5是本发明实施例二中壁面空调区得热修正系数C_1a值线算图；

图6是本发明实施例二中太阳空调区得热修正系数C_1b值线算图；

图7是本发明实施例二中非稳态辐射热转移负荷计算方法的流程图；

图8是本发明实施例中缩尺模型实验室平面布置图；

图9是本发明实施例中缩尺模型实验室空调系统原理图；

图10是本发明实施例中实验测点布置图；

图11是本发明实施例中缩尺模型实验室风口及风管布置图；

图12是本发明实施例中风管布置现场照片；

图13是本发明实施例中大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法技术路线图；

图14是本发明实施例中辐射热转移量实测值与拟合值的曲线图；

图15是本发明实施例中辐射热转移量实测值与拟合值的相对偏差曲线图；

图16是本发明实施例中非稳态辐射热转移负荷完整计算方法验证结果；以及

图17是本发明实施例中非稳态辐射热转移负荷工程简化计算方法验证结果。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法作具体阐述。

<实施例一>

本实施例一提供了一种大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷的完整计算方法。在该完整计算方法中，首先计算出因室外周期性扰量作用下的非空调区与空调区的围护结构内壁面逐时温度，计算时利用谐波反应法考虑围护结构蓄热特性；然后根据逐时内壁面温度计算非空调区各个壁面对空调区各个壁面之间的逐时壁面辐射热转移量，计算中用Gebhart辐射模型(考虑直接辐射吸收和一次反射吸收)代替直接辐射模型进行计算；接着根据透过非空调区外窗的逐时太阳辐射强度，以及非空调区各个外窗对空调区各个壁面的角系数、空调区各壁面材料对太阳辐射的吸收率，计算得到逐时太阳辐射热转移量；逐时壁面辐射热转移量和逐时太阳辐射热转移量之和便可以得到非空调区对空调区的逐时辐射热转移量；最后在得到逐时辐射热转移量的基础上，根据空调区各壁面的放热衰减和延迟特性，利用谐波反应法计算非稳态非空调区向空调区的辐射热转移负荷。

图1是本发明实施例一中非稳态辐射热转移负荷计算方法的流程图。

如图1所示，大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法的完整计算方法包括如下步骤：

步骤S1，拟合逐时室外空气综合温度。

利用室外空气综合温度逐时变化数据，拟合成傅里叶级数形式，如式(1)所示：

式中：t_Z,τ——计算日逐时室外空气综合温度，单位℃；

t_Z,p——计算日室外空气综合温度的平均值，单位℃；

Δt_Z,n——第n阶室外空气综合温度变化波幅，单位℃；

ω_n——第n阶室外空气综合温度变化的频率，单位°/h或rad/h；

φ_n——第n阶室外空气综合温度变化的初相位，单位°或rad。

步骤S2，计算逐时内壁面温度。

由于室外空气综合温度呈周期性波动，使得围护结构从外表面到内表面逐层跟着波动，因此在计算大空间建筑的非空调区和空调区内壁面温度时，需要根据围护结构的吸热、蓄热、放热特性，并考虑围护结构的传热衰减度和传热延迟时间。

其中，传热衰减度为围护结构外侧综合温度的波幅与内表面温度波幅的比值，传热延迟时间为内表面温度波落后于外侧综合温度波的时间延迟。

为计算逐时内壁面温度，首先要计算逐时室外空气综合温度，因此，通过上述步骤S1利用室外空气综合温度逐时变化数据，拟合成傅里叶级数形式，其中该级数可以分解成两项：第一项是室外空气综合温度的平均值；第二项是逐时室外空气综合温度的波动值。而逐时内壁面温度也可以分解为平均值和波动值，内壁面温度平均值可以通过壁面稳态传热的热平衡方程求得；内壁面温度的波动值则是由外扰波动值，即室外空气综合温度的波动值根据外围护结构的传热衰减度和传热延迟时间计算得到。本实施例的步骤S2中，具体通过如下子步骤完成非空调区与空调区的内壁面逐时温度的计算：

步骤S2-1，围护结构内壁面平均温度θ_N,p可按式(2)计算：

式中：θ_N,p——内壁面平均温度，单位℃；

t_Z,p——计算日室外空气综合温度的平均值，单位℃；

t_N,p——空调区或非空调区室内空气平均温度，单位℃；

α_W——围护结构外表面放热系数，单位W/(m²·K)；

δ_k——围护结构第k层材料的厚度，单位m；

λ_k——围护结构第k层材料的导热系数，单位W/(m·K)；

K——围护结构材料层数；

α_N——内表面传热系数，单位W/(m²·K)。

地板的表面温度求解方法很多。本案例采用稳态分地带计算方法，该方法考虑室内地面的传热系数随着离外墙的远近而有变化，将外墙内表面与地面的交线作为地面外轮廓，自外轮廓向里每隔2m作为一个地带，把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带，其中第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次，如图2所示。各个地带的稳态传热系数如表1所示。

各个计算地带的地面温度θ_d,y通过热平衡方程可按通式(3)计算：

式中，θ_d,y——第y地带的地面温度，y的取值为一至四，单位℃；

K_d,y——第y地带的地面传热系数，其具体数值见表1，单位W/(m²·K)；

t_W,p——夏季空调室外计算日平均温度，单位℃；

t_N,p——空调区室内空气平均温度，单位℃。

表1各个计算地带的地面传热系数

计算地带	K<sub>d,y</sub>(W/(m<sup>2</sup>·K))
		第一地带	0.47
第二地带	0.23
		第三地带	0.12
第四地带	0.07

整个地面的平均温度可按式(4)计算：

式中，θ_d——整个地面的平均温度，单位℃；

θ_d,y——第y地带的地面温度，单位℃；

F_d,y——第y地带的地面面积，单位m²；

F_d——整个地面面积，单位m²。

步骤S2-2，内壁面温度波动值Δθ_N,τ是围护结构在各阶扰量Δt_Z,n作用下的频率响应，也就是说Δt_Z,n经过围护结构的衰减和延迟以后所反映出来的波动，内壁面温度波动值可按式(5)计算：

式中，Δθ_N,τ——内壁面温度在τ时刻的波动值，单位℃；

ν_n——围护结构对n阶室外空气综合温度扰量的传热衰减度；

ε_n——围护结构对n阶室外空气综合温度扰量的传热延迟时间，单位°或rad。

步骤S2-3，将计算得到的内壁面温度平均值和波动值(即内壁面平均温度和内壁面温度波动值)相加，就能得到逐时的内壁面温度θ_N,τ如式(6)所示：

θ_N,τ＝θ_N,p+Δθ_N,τ (6)

式中，θ_N,τ——τ时刻的内壁面温度，单位℃。

步骤S3，计算逐时辐射热转移量。

逐时辐射热转移量包括逐时壁面辐射热转移量和逐时太阳辐射热转移量。

壁面辐射热转移量是非空调区各个壁面和空调区各个壁面的温度四次方差引起的壁面间辐射换热。其主要与角系数、逐时内壁面温度和发射率有关。本发明将大空间建筑近似为矩形结构(如图3所示，该结构为大空间建筑的典型结构)，那么根据建筑物的长、宽、高和分层高度即可计算得到建筑物非空调区各个壁面和空调区各个壁面之间的角系数及对应的壁面面积。同时，窗户是多组并行排列的，并近似看作与大空间建筑墙体长度相等的采光带，因此根据窗户高度和窗户底标高即可得到非空调区窗户对空调区各个壁面之间的角系数。

本实施例中，采用Gebhart辐射模型计算壁面辐射热转移量，根据壁面发射率和非空调区各个壁面和空调区各个壁面之间的角系数计算得到Gebhart吸收系数，然后就可以计算得到非空调区各个壁面和空调区各个壁面之间考虑了一次反射吸收的辐射换热量。

太阳辐射热转移量是由于非空调区窗户透射的太阳辐射到达空调区各个壁面并被吸收的辐射热量。对于逐时太阳辐射热转移量则需要计算透过非空调窗户的逐时太阳辐射热量，按窗户对空调区各个壁面的角系数进行分配。用透过非空调区外窗的逐时太阳辐射强度、窗户面积、非空调区外窗对空调区各个壁面的角系数、以空调区壁面的太阳辐射吸收率四者相乘，即可得到非空调窗户透过的太阳辐射热量被空调区各壁面吸收的逐时太阳辐射热转移量。

根据上述结论，本实施例的步骤S3具体包括如下子步骤：

步骤S3-1，非空调区与空调区壁面间的辐射换热模型采用Gebhart辐射模型，Gebhart吸收系数矩阵形式可以由矩阵公式计算。如图3大空间建筑典型结构示意图所示，非空调区与空调区各有5个壁面，故一共有10个壁面，所以共有10×10个Gebhart吸收系数，可按式(7)计算：

式中，G——10×10的Gebhart吸收系数矩阵；

——10×10的角系数矩阵；

ε——10×10的壁面发射率对角矩阵；

I——10×10的单位矩阵。

步骤S3-2，用Gebhart辐射模型计算非空调区各壁面对空调区j壁面的总壁面辐射热转移量可以由式(8)计算：

式中，Q_WR,j,τ——τ时刻非空调区各壁面对空调区j壁面的壁面总辐射热转移量，单位W；

σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；

ε_i——非空调区i壁面发射率；

G_i,j——非空调区i壁面对空调区j壁面的Gebhart吸收系数，可以在式(7)中求得的Gebhart吸收系数矩阵中的对应元素得到；

T_i,τ——τ时刻非空调区i壁面的热力学温度，单位K；

T_j,τ——τ时刻空调区j壁面的热力学温度，单位K；

S_i——非空调区i壁面的面积，单位m²；

N——非空调区划分的壁面数量。

步骤S3-3，太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区j壁面的逐时总太阳辐射热转移量可以由式(9)计算得到：

式中，Q_SR,j,τ——τ时刻太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区j壁面的逐时总太阳辐射热转移量，单位W；

ρ_j——空调区壁面j的太阳辐射吸收系数；

X_k,j——非空调区k外窗对空调区j壁面的角系数；

S_k——非空调区k外窗面积，单位m²；

J_k,τ——τ时刻透过非空调区k外窗的太阳辐射照度，单位W/m²；

N’——非空调区外窗数量。

步骤S3-4，逐时总辐射热转移量由上述计算所得的逐时总壁面辐射热转移量和逐时总太阳辐射热转移量相加所得，如式(10)所示：

Q_R,j,τ＝Q_WR,j,τ+Q_SR,j,τ (10)

式中，Q_R,j,τ——τ时刻整个非空调区对空调区j壁面的逐时总辐射热转移量，单位W。

步骤S4，拟合步骤S3计算得到的逐时辐射热转移量。

将空调区j壁面的辐射热转移量的逐时变化数据拟合成傅里叶级数形式，如式(11)所示：

式中，Q_R,j,τ——τ时刻整个非空调区对空调区j壁面的逐时总辐射热转移量，单位W；

Q_R,j,p——空调区j壁面逐时辐射热转移量的平均值，单位W；

ΔQ_R,j,n——空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化波幅，单位W；

ω_R,j,n——空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的频率，单位°/h或rad/h；

φ_R,j,n——空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的初相位，单位°或rad。

步骤S5，计算非稳态辐射热转移负荷。

通过步骤S4将辐射热转移量的逐时变化数据拟合成傅里叶级数形式后，其分解为辐射热转移量的平均值和波动值，其中，逐时辐射转移热量的平均值会直接转变成辐射热转移负荷，而辐射热转移量的波动值会受到空调区各壁面放热的衰减和延迟作用，再转变为空调区的不稳定辐射热转移负荷。即，需要根据辐射热转移量的波动值以及空调区各个壁面的放热衰减度和放热延迟时间计算出辐射热转移负荷的波动值，将辐射热转移负荷的平均值和波动值相加即可得到非稳态辐射热转移负荷。其中，放热衰减度为进入空调区的辐射热转移量与空调区辐射热转移负荷波幅的比值；放热延迟时间为空调区辐射热转移负荷对辐射热转移量的相位滞后。

根据上述结论，本实施例的步骤S5具体包括如下子步骤：

步骤S5-1，逐时辐射热转移量中的稳定部分直接形成稳定的辐射热转移负荷，即逐时辐射热转移量的平均值；而不稳定部分由于围护结构的放热衰减与延迟形成不稳定的辐射热转移负荷，所以非稳态辐射热转移负荷如式(12)所示：

式中，CLQ_R,τ——τ时刻分层空调非稳态辐射热转移负荷，单位W；

Q_R,j,p——空调区j壁面逐时辐射热转移量的平均值，单位W；

——空调区j壁面辐射热转移负荷的波动值，单位W；

M——空调区划分的壁面数量。

步骤S5-2，辐射热转移负荷的波动值可以由式(13)计算：

式中，

——空调区j壁面辐射热转移负荷的波动值，单位W；

ν_f,j,n——空调区j壁面对n阶辐射热扰量的放热衰减度；

ε_f,j,n——空调区j壁面对n阶辐射热扰量的放热相位延迟时间，单位°或rad。

步骤S5-3，大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷可按式(14)计算得到：

式中，CLQ_R,τ——τ时刻分层空调非稳态辐射热转移负荷，单位W；

M——空调区划分的壁面数量；

Q_R,j,p——空调区j壁面逐时辐射热转移量的平均值，单位W；

ΔQ_R,j,n——空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化波幅，单位W；

ν_f,j,n——空调区j壁面对n阶辐射热扰量的放热衰减度；

ω_R,j,n——空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的频率，单位°/h或rad/h；

φ_R,j,n——空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的初相位，单位°或rad。

ε_f,j,n——空调区j壁面对n阶辐射热扰量的放热相位延迟时间，单位°或rad。

<实施例二>

为了便于工程计算，本实施例二提供了一种大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷的工程简化计算方法。其首先计算逐时内壁面温度，该逐时内壁面温度的计算过程和实施例一中的完整计算方法一致：其次利用直接辐射模型计算非空调区各个壁面对空调区地面的逐时壁面辐射热转移量和非空调区各个外窗对空调区地面的逐时太阳辐射热转移量；然后根据相应的模型修正系数C₀值、壁面空调区得热修正系数C_1a值、太阳空调区得热修正系数C_1b值得到整个非空调区对空调区的逐时辐射热转移量；最后利用谐波反应法计算非稳态非空调区向空调区的辐射热转移负荷。

本实施例中，为了获得模型修正系数C₀值、壁面空调区得热修正系数C_1a值和太阳空调区得热修正系数C_1b值，采用了一典型的大空间建筑矩形特征结构，其标准工况的建筑尺寸为20m(长)×20m(宽)×12m(高)，分层高度为4.8m，相对分层高度为0.4，如图3所示。

模型修正系数C₀值为采用Gebhart辐射模型计算的非空调区各个壁面对空调区地板辐射换热量，与采用直接辐射模型计算的非空调区各个壁面对空调区地板辐射换热量的比值。该值可以通过图4所示的模型修正系数C₀值线算图查得，该线算图是根据建筑相对高度、建筑宽长比、壁面发射率这3种参数变化时C₀值的变化规律所绘制的。图4中，建筑宽长比＝建筑宽度/建筑长度；相对高度(h_x)＝实际建筑高度/20。壁面发射率均值是指非空调区所有壁面发射率均值。在查线算图后可直接得到C₀₁，再根据标准工况修正得到C₀₂，最后C₀＝C₀₁+C₀₂，即可得到模型修正系数C₀值。

空调区壁面得热修正系数C_1a值为由Gebhart辐射模型计算的空调区各壁面辐射热转移量之和与空调区地板辐射热转移量的比值。该值可以通过图5壁面空调区得热修正系数C_1a值线算图查得，该线算图是根据建筑相对高度、建筑宽长比、相对分层高度、室外干球计算温度、空调区设计温度、壁面发射率这6种参数变化时C_1a值的变化规律所绘制的。图5中，相对分层高度＝分层高度/建筑高度；相对高度、壁面发射率均值与上述图4的含义相同。在查线算图可直接得到C_1a-1，再根据标准工况修正得到C_1a-2，最后C_1a＝C_1a-1+C_1a-2，即可得到空调区壁面得热修正系数C_1a值。

空调区太阳得热修正系数C_1b值为空调区各个壁面吸收来自非空调区的太阳辐射热转移量之和与空调区地板吸收来自非空调区的太阳辐射热转移量的比值。该值可以通过图6太阳空调区得热修正系数C_1b值线算图查得，该线算图是根据其随建筑相对高度、建筑宽长比、相对分层高度、窗户相对标高、窗户相对高度这5种参数变化时C_1b值的变化规律所绘制的。图6中，窗户相对标高(h_b)＝窗户下窗框离地高度/建筑高度；窗户相对高度(h_z)＝窗户高度/建筑高度；其它物理量含义与上述图4、图5中相同。在查图后可直接得到C_1b-1，再根据标准工况修正得到C_1b-2，最后C_1b＝C_1b-1+C_1b-2，即可得到空调区太阳得热修正系数C_1b值。

图7是本发明实施例二中大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法的流程图。

如图7所示，大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法的工程简化计算方法包括如下步骤：

步骤T1，拟合逐时室外空气综合温度。

步骤T2，计算逐时内壁面温度。

本实施例二中，上述步骤T1及T2与实施例一中完整计算方法的步骤S1及S2相同，在此不再赘述。

步骤T3，计算逐时辐射热转移量。

本实施例的步骤T3中，先计算基于直接辐射模型的非空调区各个壁面对空调区地板的逐时壁面辐射热转移量，通过非空调区各壁面对空调区地板的逐时壁面辐射热换热量的叠加后，乘以模型修正系数C₀值即可得到基于Gebhart辐射模型的空调区地板的逐时壁面辐射热转移量。在获得非空调区各壁面对空调区地板的逐时总辐射热转移量后，可根据壁面空调区得热修正系数C_1a值计算获得非空调区对空调区各个壁面的逐时总壁面辐射热转移量。对于逐时太阳辐射热转移量则只计算空调区地板吸收来自非空调区的逐时太阳辐射量，用透过非空调区各外窗的逐时太阳辐射强度、窗户面积、地面的太阳辐射吸收率、以及非空调区外窗对空调区地面的角系数四者相乘得到，通过各窗户叠加后乘以太阳空调区得热修正系数C_1b值得到非空调区对空调区的逐时总太阳辐射热转移量。

根据上述结论，本实施例的步骤T3具体包括如下子步骤：

步骤T3-1，利用直接辐射模型和模型修正系数C₀值计算非空调区各壁面对空调区地板的总壁面辐射热转移量，如式(15)所示：

式中，Q_WR,d,τ——τ时刻非空调区各壁面对空调区地板的总壁面辐射热转移量，单位W；

C₀——模型修正系数，可以通过图4模型修正系数C₀值线算图查得；

S_d——空调区地板的面积，单位m²；

ε_d——空调区地板的发射率；

X_d,i——空调区地板对非空调区i壁面的角系数；

ε_i——非空调区i壁面发射率；

T_i,τ——τ时刻非空调区i壁面的热力学温度，单位K；

T_d——空调区地板的热力学温度，K；

N——非空调区划分的壁面数量。

步骤T3-2，太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区地板的逐时总太阳辐射热转移量可以由式(16)计算得到：

式中，Q_SR,d,τ——τ时刻太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区地板的总太阳辐射热转移量，单位W；

ρ_d——空调区地面的太阳辐射吸收系数；

X_k,d——非空调区k外窗对空调区地板的角系数；

S_k——非空调区k外窗面积，单位m²；

J_k,τ——τ时刻透过非空调区k外窗的太阳辐射照度，单位W/m²；

N’——非空调区外窗数量。

步骤T3-3，分层空调非空调区对空调区的逐时总辐射热转移量可以由式(17)计算得到：

Q_R,τ＝C_1aQ_WR,d,τ+C_1bQ_SR,d,τ (17)

式中，Q_R,τ——τ时刻整个非空调区对空调区的总辐射热转移量，单位W；

C_1a——空调区壁面得热修正系数，可以通过图5壁面空调区得热修正系数C_1a值线算图查得；

C_1b——空调区太阳得热修正系数，可以通过图6太阳空调区得热修正系数C_1b值线算图查得。

步骤T4，拟合逐时辐射热转移量。

将计算得到的整个空调区的辐射热转移量的逐时变化数据拟合成傅里叶级数形式，如式(18)所示：

式中，Q_R,τ——τ时刻整个非空调区对空调区的总辐射热转移量，单位W；

Q_R,p——整个空调区逐时辐射热转移量平均值，单位W；

ΔQ_R,n——第n阶辐射热转移量变化波幅，单位W；

ω_R,n——第n阶辐射热转移量变化的频率，单位°/h或rad/h；

φ_R,n——第n阶辐射热转移量变化的初相位，单位°或rad。

步骤T5，计算非稳态辐射热转移负荷。

大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷可按式(19)计算：

式中：CLQ_R,τ——τ时刻分层空调非稳态辐射热转移负荷，单位W；

Q_R,p——整个空调区逐时辐射热转移量平均值，单位W；

ΔQ_R,n——第n阶辐射热转移量变化波幅，单位W；

ν_f,d,n——地面对n阶辐射热扰量的放热衰减度；

ω_R,n——第n阶辐射热转移量变化的频率，单位°/h或rad/h；

φ_R,n——第n阶辐射热转移量变化的初相位，单位°或rad。

ε_f,d,n——地面对n阶辐射热扰量的放热延迟时间，单位°或rad。

本实施例中，根据某实际大空间建筑特征，以末端送回风口尺寸为依据，基本按照1:4的比例尺建立的一个大空间建筑缩尺模型实验室——缩尺模型实验室。实验室的平面布置图见图8所示，右侧为缩尺模型实验室404室，左侧为低温环境室406室，由于两个实验室共用一套冷热源系统、空气处理系统、电气控制和测试系统，所以对实验室空调系统进行统一介绍，两个实验室均可以实现风量的单独调节和控制，以下本实施例中将在404实验室中开展上述大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷的验证实验(以下称本实验)。

上述404实验室主要由环境模拟室、冷却水系统、冷水系统、空气处理系统、电气控制系统、数据测量与采集系统以及计算机测控软件等部分组成，试验系统原理如图9所示。图9中，1为膨胀水箱，2为电动三通阀，3为冷冻水泵，4为冷水机组，5为冷却水泵，6为冷却塔，7为板式过滤器，8为表冷器，9为电加热器，10为蒸汽加湿，11为喷嘴，12为送风机，13为干蒸汽加湿器，14为VAV BOX，15为热湿负荷发生器，16为排风机，VC为风量控制器，T为温度测点，H为湿度测点，V为速度测点，DP为压差测点，SP-为静压测点，VFD为变频控制，SSR为固态继电器，M为阀门，F为-止回阀，C1-C9为信号转换器。

404实验室为坡屋顶结构，长度为4.9m，宽度为3.5m，最低处高1.5m，最高处为2.2m。围护结构采用保温材料，四周及天花板采用100mm厚聚氨酯保温库板制作，地面表面为2mm厚不锈钢板，设计风量为2000m³/h。

在本实验中实验室的各内壁面温度、热流密度和空气温度直接测量得到，用于各项热量与负荷的计算，本实验中只对屋顶电热膜施加周期性的谐波热量以模拟周期性的扰量，其余壁面不进行加热，热湿负荷发生器不工作。

测点布置如图10所示，包括内壁面温度、空气温度、壁面热流计。在坡屋顶两侧分别布置两个壁面温度测点与热流密度测点，均匀对称布置。在西墙内壁面布置4个壁面温度测点和2个热流密度测点，其余各个内壁面布置3个壁面温度测点和2个热流密度测点。由于地板面积较大，故在地板对称布置3个热流密度测点来准确测得地板的对流传热量。室内空气温度测点布置为在房间正中心布置1根垂直测线，侧线上布置3个温度测点，距地板分别为0.6m，1.2m，1.8m。

虽然实验室各壁面绝热，围护结构的可以近似认为没有蓄热，在周期性扰量作用下，辐射负荷相对于辐射得热还是具有很微弱的衰减与延迟。为确保在本实验中输入的周期性扰量有一个完整周期性变化，消除初始条件的影响，在实验前先进行了连续三个周期72小时的预实验来得到周期性扰量达到准稳态时所需要的时间。周期性扰量的准稳态时间定义是：第(τ+24)～第(τ+47)小时与第τ～第(τ+23)小时的各个时刻屋顶传热量的平均相对误差小于1％，且第τ～第(τ+23)小时的各个时刻空气温度与24小时平均空气温度的最大相对误差小于1％。通过预实验发现实验开始第三小时后，周期性扰量进入准稳态。所以在正式实验过程中，以实验系统开启后第3个小时开始进行实验测量，数据每分钟自动读取一次，每60分钟的数据取一次平均作为逐时的一个数据值，共选取一个周期24个时刻的数据。

实验室的围护结构采用保温材料，四周及天花板采用100mm厚的聚氨酯保温库板制作，其内壁面发射率、衰减系数和延迟时间等围护结构参数如表2所示。

表2缩尺模型实验室围护结构的参数

实验过程中对屋顶壁面输入周期性热量P，实验设定的周期为24小时，则：

实验过程中将输入的屋顶内壁面周期性传热量作为变量，共设计两个工况，工况具体设置见表3所示。

表3实验工况

本实验主要用于获得逐时辐射热转移量的实验值、辐射热转移负荷的实验值，以验证上述介绍的理论辐射热转移量和理论辐射热转移负荷计算结果。为了方便实验的进行和对实验过程的控制，排除室外不可控的因素如环境温湿度等的影响，围护结构采用绝热材料。本实验采用柱状下送风的送风方式，送风口为半圆柱形，高度为340mm，直径为200mm，南北各3个均匀布置，共有6个送风口，每个送风管路装有的风量调节阀来控制送风量。回风口与送风口一一对应布置在相应送风口上方，离地板1.1m，回风口的直径为100mm。回风口顶端以下区域为空调区，回风口顶端到屋顶区域为非空调区。实验室内的风管均采用带保温材料的双层铝箔风管，其余的硬质风管、风阀和静压箱也均采用1cm厚的保温泡沫进行保温处理。在送风管与回风管处开有测量孔以进行送回风的风速和温度测量。下送中回末端风口布置、管道布置见图11、图12所示。

为模拟围护结构非稳态的传热量，在缩尺模型实验室的屋顶和四周墙体均按最大面积黏贴电热膜，电热膜采用碳纤维发热材料，其最大加热功率为230W/m²。每面墙上的电热膜都配置有交流变压器和电功率测量表，能够在0-230W/m²范围内调节加热功率并实时测量各个面的加热量。由于电热膜的加热量中有一部分会进入墙体，这里采用在电热膜上黏贴热流计确定进入模型空间的净热量。

本实验对屋顶电热膜通过调压器实现周期加热来模拟室外的周期性传热量。电热膜的输入功率可以由电控柜调压器进行调节，将加热功率设置为正弦形式，由功率表直接读取输入功率的数据。实验中，认为室内温度均匀等于回风处温度，实验开始时，对屋顶输入周期性的谐波传热扰量，通过回风处放置的传感器测得的空气温度，自动调节空调机组中电加热量，以达到改变送风温度，来实现室内温度稳定，当室内温度稳定后读取一个周期的实验数据。

建筑内表面是导热、对流和辐射共存的复合换热现象，要获得一个周期逐时辐射热转移量和辐射热转移负荷的实验数据需先得到各个内表面一个周期的逐时辐射得热和辐射负荷的实验数据。本实验依据壁面对流辐射分离原理获得辐射热转移负荷，依据建筑围护结构内壁面导热、对流、辐射传热的关系，本实验测得表面导热传热量，通过测得的内壁面温度计算各壁面之间辐射传热量，对流传热量可通过式(21)计算得到。

导热传热量进入室内，此时导热传热量等于辐射传热和对流传热之和，三者关系为：

q_jλ＝q_jR+q_jd (21)

式中，q_jλ——空调区j壁面的导热传热量，单位W/m²；

q_jR——空调区j壁面的辐射传热量，单位W/m²；

q_jd——空调区j壁面的对流传热量，单位W/m²。

采用上述的对流辐射分离法对各壁面复合传热过程分析，其中导热传热量通过实验直接测量得到，而辐射传热量计算公式为：

式中，J_j——空调区j壁面的有效辐射热量，W/m²。

联立式(23)的N个方程计算出空调区j壁面的有效辐射热量J_j，将其代入式(22)即可计算出空调区j壁面的辐射传热量q_jR。

辐射热转移负荷：对空调区各面分离对流辐射获得对流传热量，由于空调区各面没有启动电热膜加热，并假定各表面绝热，空气流动很弱，因此通过对流辐射分离后，其对流传热部分即为辐射热转移负荷，可由式(24)计算所得。

式中，q_jd—对空调区各面分离对流辐射获得的对流传热量，单位W/m²。

本实验将分别针对大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷的两种计算方法进行验证(即实施例一进行的完整计算方法以及实施例二中进行的工程简化计算方法)，两种计算方法所使用的技术路线及两者的对比如图13所示。

通过上述实验，在采用实施例一的完整计算方法的实验验证过程如下所示：

实验中可根据测得的逐时内壁面温度值得到逐时的辐射热转移量实验值的曲线。根据式(11)得到拟合后的分层空调的逐时辐射热转移量的拟合值的曲线。两个工况的实测辐射热转移量与拟合辐射热转移量的曲线如图14所示。

由图14可知，辐射热转移量随着时间的变化呈正弦波的形式波动，这是由于本实验中，屋顶电热膜施加了周期性正弦波热量，以模拟周期性室外温度对室内壁面温度的扰动，本实验测量的实验数据以24小时为周期，频率为0.262rad/h。工况1和工况2所得辐射热转移量谐波拟合曲线的标准差分别是7.26W和8.10W，其标准差与辐射热转移量平均值的比值分别为1.38％和2.10％，说明辐射热转移量拟合曲线基本能代表辐射热转移量的实验值。

图15是逐时辐射热转移量各拟合值与实测值之间的相对偏差曲线。可以看出两个工况的相对偏差基本在10％以下，case-1的平均绝对相对偏差为1.57％，case-2的平均绝对相对偏差为2.71％。因此，可以说拟合后的逐时辐射热转移量能较好地反映实际的辐射热转移量。

图16反映的是分层空调非稳态辐射热转移负荷完整计算方法的计算值与辐射热转移负荷实验值的验证结果：两条曲线均以24小时为周期，曲线的波动规律一致。两个工况的辐射热转移负荷计算值与实验值的标准差为：48.92W和20.15W，其标准差与辐射热转移负荷实验平均值的比值分别为10.14％和5.21％；平均绝对相对误差分别为12.62％和6.23％；辐射热转移负荷的峰值相对误差分别为0.48％和-2.33％；均值相对误差分别为：8.91％和-0.52％。因此本实施例一种的非稳态辐射热转移负荷完整计算方法是可靠的。

通过上述实验，采用实施例二的工程简化计算方法的实验验证过程如下所示：

实施例二中使用的工程简化计算方法只考虑非空调区各个壁面对地板的辐射热转移负荷，通过模型修正系数C₀、空调区得热修正系数C₁的修正获得空调区的辐射热转移负荷。非稳态辐射热转移负荷工程简化计算方法验证结果如图17所示。

进一步分析，将完整计算方法、工程简化计算方法计算值与实验值进行验证，比较两个计算方法的结果与实验的误差如表3所示。

表3完整计算方法、工程简化计算方法计算值与实验值误差分析

根据图17发现case-1的工程简化计算方法计算的逐时辐射热转移负荷曲线与实验值曲线波动规律较为一致，而case-2下的工程简化计算方法的逐时辐射热转移负荷值波动较大。根据表3发现case-1工程简化计算方法的辐射热转移负荷的均值相对误差、平均绝对相对误差比完整计算方法小，峰值相对误差比完整计算方法大，而case-2工程简化计算方法的辐射热转移负荷的均值相对误差、峰值相对误差和平均绝对相对误差都比完整计算方法大。这是由于case-2的地板辐射热转移量较小，拟合出的波动情况与实验值的偏差较大，从而导致了计算的辐射热转移负荷值与实验值波动偏差较大。大多数情况下完整计算方法的结果更接近实验值。这是由于工程简化计算方法只计算地板的辐射热转移负荷再乘以修正系数以折合成空调区的辐射热转移负荷，忽略了空调区其它四个面墙体的衰减与延迟，所以计算的结果与实验值相比误差较大。然而在工程应用上，工程简化模型计算过程简便较易实现，计算结果也可以反映实际辐射热转移负荷的波动情况。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷计算方法，该方法能够计算出大空间建筑中各个时间段非稳态的辐射热转移负荷，解决了过去对分层空调负荷中的辐射热转移负荷只能进行稳态计算导致计算出的负荷不符合实际的问题，从而为空调设计人员在空调设计时提供更有力的数值依据，最终使得分层空调设备系统设计所提供的冷量设备功耗更接近实际情况。

另外，本实施例还提供了一种大空间建筑中分层空调的非稳态辐射热转移负荷的工程简化计算方法，该方法通过查找线算图得到模型修正系数C₀值、壁面空调区得热修正系数C_1a值和太阳空调区得热修正系数C_1b值，然后计算空调区的辐射热转移量，使得计算过程更为简化；再根据空调区围护结构的放热特性计算空调区的辐射热转移负荷，即只要知道围护结构的放热衰减度和放热延迟时间，就可以计算非稳态辐射热转移负荷。相比于传统方法，本实施例的工程简化方法中采用的修正系数取值考虑了多种因素，使修正系数可以根据实际情况查取，所得结果更为精确，从辐射热转移量到辐射热转移负荷的计算更贴合实际情况，既满足了简化计算的需要，还满足了计算动态负荷的要求。

上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。

Claims (3)

1.一种大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法，用于对大空间建筑分层空调负荷中非空调区向空调区的辐射热转移负荷进行非稳态计算，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，拟合逐时的室外空气综合温度t_Z,τ，

利用室外空气综合温度逐时变化数据，拟合成傅里叶级数形式：

式中，t_Z,τ为计算日逐时室外空气综合温度，t_Z,p为计算日室外空气综合温度的平均值，Δt_Z,n为第n阶室外空气综合温度变化波幅，ω_n为第n阶室外空气综合温度变化的频率，φ_n为第n阶室外空气综合温度变化的初相位；

步骤S2，计算逐时的内壁面温度θ_N,τ，

该逐时的内壁面温度θ_N,τ可分解为内壁面平均温度θ_N,p以及内壁面温度波动值Δθ_N,τ，

围护结构的所述内壁面平均温度θ_N,p按式(2)计算获得：

式中，θ_N,p为内壁面平均温度，t_Z,p为计算日室外空气综合温度的平均值，t_N,p为空调区或非空调区室内空气平均温度，α_W为围护结构外表面传热系数，δ_k为围护结构第k层材料的厚度，λ_k为围护结构第k层材料的导热系数，α_N为内表面传热系数，K为围护结构材料层数，

所述内壁面温度波动值Δθ_N,τ是围护结构在各阶扰量Δt_Z,n作用下的频率响应，内壁面温度波动值Δθ_N,τ按式(3)计算获得：

式中，Δθ_N,τ为内壁面温度在τ时刻的波动值，ν_n为所述围护结构对n阶室外空气综合温度扰量的传热衰减度，ε_n为围护结构对n阶室外空气综合温度扰量的传热延迟时间，

将所述内壁面平均温度θ_N,p以及所述内壁面温度波动值Δθ_N,τ相加，就能得到所述逐时的内壁面温度θ_N,τ：

θ_N,τ＝θ_N,p+Δθ_N,τ (4)

式中，θ_N,τ为τ时刻的内壁面温度；

步骤S3，计算逐时的辐射热转移量Q_R,j,τ，

该逐时的辐射热转移量Q_R,j,τ可分解为逐时壁面辐射热转移量Q_WR,j,τ和逐时太阳辐射热转移量Q_SR,j,τ，

采用Gebhart辐射模型建立非空调区与空调区壁面间的辐射换热模型，由于所述非空调区与所述空调区各有5个壁面，故一共有10个所述壁面，所以共有10×10个Gebhart吸收系数，则Gebhart吸收系数矩阵按式(5)计算：

式中，G为10×10的Gebhart吸收系数矩阵，

为10×10的角系数矩阵，ε为10×10的壁面发射率对角矩阵，I为10×10的单位矩阵，

进一步，通过所述Gebhart辐射模型计算非空调区各壁面对空调区j壁面的总壁面辐射热转移量：

式中，Q_WR,j,τ为τ时刻非空调区各壁面对空调区j壁面的总壁面辐射热转移量，σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数，ε_i为非空调区i壁面发射率，G_i,j为非空调区i壁面对空调区j壁面的Gebhart吸收系数、通过所述Gebhart吸收系数矩阵对应得到，T_i,τ为τ时刻非空调区i壁面的热力学温度，T_j,τ为τ时刻空调区j壁面的热力学温度，S_i为非空调区i壁面的面积，N为非空调区划分的壁面数量，

同时，太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区j壁面的逐时总太阳辐射热转移量由式(7)计算：

式中，Q_SR,j,τ为τ时刻太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区j壁面的逐时总太阳辐射热转移量，ρ_j为空调区壁面j的太阳辐射吸收系数，X_k,j为非空调区k外窗对空调区j壁面的角系数，S_k为非空调区k外窗面积，J_k,τ为τ时刻透过非空调区k外窗的太阳辐射照度，N’为非空调区外窗数量，

则，所述逐时的总辐射热转移量由所述逐时总壁面辐射热转移量Q_WR,j,τ和所述逐时总太阳辐射热转移量Q_SR,j,τ相加得到：

Q_R,j,τ＝Q_WR,j,τ+Q_SR,j,τ (8)

式中，Q_R,j,τ为τ时刻整个非空调区对空调区j壁面的逐时总辐射热转移量；

步骤S4，拟合所述逐时的辐射热转移量Q_R,j,τ，

将所述辐射热转移量的逐时变化数据拟合成傅里叶级数形式：

式中，Q_R,j,τ为τ时刻整个非空调区对空调区j壁面的逐时总辐射热转移量，Q_R,j,p为空调区j壁面逐时辐射热转移量的平均值，ΔQ_R,j,n为空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化波幅，ω_R,j,n为空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的频率，φ_R,j,n为空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的初相位；

步骤S5：计算非稳态辐射热转移负荷CLQ_R,τ，

所述非稳态辐射热转移负荷如式(10)所示：

式中，CLQ_R,τ为τ时刻分层空调非稳态辐射热转移负荷，Q_R,j,p为空调区j壁面逐时辐射热转移量的平均值，

为空调区j壁面辐射热转移负荷的波动值，M为空调区划分的壁面数量，

所述辐射热转移负荷的波动值

由式(11)计算可得：

式中，

为空调区j壁面辐射热转移负荷的波动值，ΔQ_R,j,n为空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化波幅，ν_f,j,n为空调区j壁面对n阶辐射热扰量的放热衰减度，ω_R,j,n为空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的频率，φ_R,j,n为空调区j壁面第n阶辐射热转移量变化的初相位，ε_f,j,n为空调区j壁面对n阶辐射热扰量的放热相位延迟时间，

因此大空间建筑分层空调的非稳态辐射热转移负荷CLQ_R,τ按式(12)计算可得：

式中，CLQ_R,τ为τ时刻分层空调非稳态辐射热转移负荷。

2.一种大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷工程简化型计算方法，用于对大空间建筑分层空调负荷中非空调区向空调区的辐射热转移负荷进行工程简化的非稳态计算，其特征在于，包括如下步骤：

步骤T1，拟合逐时的室外空气综合温度t_Z,τ，

利用室外空气综合温度逐时变化数据，拟合成傅里叶级数形式：

式中，t_Z,τ为计算日逐时室外空气综合温度，t_Z,p为计算日室外空气综合温度的平均值，Δt_Z,n为第n阶室外空气综合温度变化波幅，ω_n为第n阶室外空气综合温度变化的频率，φ_n为第n阶室外空气综合温度变化的初相位；

步骤T2，计算逐时的内壁面温度θ_N,τ，

该逐时的内壁面温度θ_N,τ可分解为内壁面平均温度θ_N,p以及内壁面温度波动值Δθ_N,τ，

围护结构的内壁面平均温度θ_N,p按式(2)计算获得：

式中，θ_N,p为内壁面平均温度，t_Z,p为计算日室外空气综合温度的平均值，t_N,p为空调区或非空调区室内空气平均温度，α_W为围护结构外表面传热系数，δ_k为围护结构第k层材料的厚度，λ_k为围护结构第k层材料的导热系数，α_N为内表面传热系数，K为围护结构材料层数，

所述内壁面温度波动值Δθ_N,τ是围护结构在各阶扰量Δt_Z,n作用下的频率响应，内壁面温度波动值Δθ_N,τ按式(3)计算获得：

式中，Δθ_N,τ为内壁面温度在τ时刻的波动值，ν_n为所述围护结构对n阶室外空气综合温度扰量的传热衰减度，ε_n为所述围护结构对n阶室外空气综合温度扰量的传热延迟时间，

将所述内壁面平均温度θ_N,p以及所述内壁面温度波动值Δθ_N,τ相加，就能得到所述逐时的内壁面温度θ_N,τ：

θ_N,τ＝θ_N,p+Δθ_N,τ (4)

式中，θ_N,τ为τ时刻的内壁面温度；

步骤T3，计算逐时的辐射热转移量Q_R,τ，

该逐时的辐射热转移量Q_R,τ可由空调区地板获得的逐时总壁面辐射热转移量Q_WR,d,τ和逐时总太阳辐射热转移量Q_SR,d,τ计算，

利用直接辐射模型和模型修正系数C₀值计算非空调区各壁面对空调区地板的所述逐时总壁面辐射热转移量：

式中，Q_WR,d,τ为τ时刻非空调区各壁面对空调区地板的总壁面辐射热转移量，C₀为模型修正系数，S_d为所述空调区地板的面积，ε_d为所述空调区地板的发射率，X_d,i为空调区地板对非空调区i壁面的角系数，T_i,τ为所述非空调区i壁面τ时刻的热力学温度，T_d,τ为所述空调区地板τ时刻的热力学温度，N为非空调区划分的壁面数量，

同时，太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区地板的逐时总太阳辐射热转移量由式(14)计算得到：

式中，Q_SR,d,τ为τ时刻太阳辐射透过非空调区各外窗对空调区地板的总太阳辐射热转移量，ρ_d为空调区地板的太阳辐射吸收系数，X_k,d为非空调区k外窗对空调区地板的角系数，S_k为非空调区k外窗面积，J_k,τ为τ时刻透过非空调区k外窗的太阳辐射照度，N’为非空调区外窗数量，

则，所述逐时的辐射热转移量Q_R,τ由式(15)计算得到：

Q_R,τ＝C_1aQ_WR,d,τ+C_1bQ_SR,d,τ (15)

式中，Q_R,τ为τ时刻整个非空调区对空调区的辐射热转移量，C_1a为空调区壁面得热修正系数，C_1b为空调区太阳得热修正系数；

步骤T4，拟合所述逐时的辐射热转移量Q_R,τ，

将所述辐射热转移量的逐时变化数据拟合成傅里叶级数形式：

式中，Q_R,τ为τ时刻整个非空调区对空调区的辐射热转移量，Q_R,p为整个空调区逐时辐射热转移量平均值，ΔQ_R,n为第n阶辐射热转移量变化波幅，ω_R,n为第n阶辐射热转移量变化的频率，φ_R,n为第n阶辐射热转移量变化的初相位；

步骤T5，计算非稳态辐射热转移负荷CLQ_R,τ：

式中，CLQ_R,τ为τ时刻分层空调非稳态辐射热转移负荷，Q_R,p为整个空调区逐时辐射热转移量平均值，ΔQ_R,n为第n阶辐射热转移量变化波幅，ν_f,d,n为地面对n阶辐射热扰量的放热衰减度，ω_R,n为第n阶辐射热转移量变化的频率，φ_R,n为第n阶辐射热转移量变化的初相位，ε_f,d,n为地面对n阶辐射热扰量的放热延迟时间。

3.根据权利要求2所述的大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷工程简化型计算方法，其特征在于：

其中，所述模型修正系数C₀为采用Gebhart辐射模型计算的非空调区各个壁面对空调区地板辐射换热量，与采用直接辐射模型计算的非空调区各个壁面对空调区地板辐射换热量的比值，

所述空调区壁面得热修正系数C_1a为由Gebhart辐射模型计算的空调区各壁面辐射热转移量之和与空调区地板辐射热转移量的比值，

所述空调区太阳得热修正系数C_1b为空调区各个壁面吸收来自非空调区的太阳辐射热转移量之和与空调区地板吸收来自非空调区的太阳辐射热转移量的比值。

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