CN111473463A - 一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法 - Google Patents

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CN111473463A CN202010234100.6A CN202010234100A CN111473463A CN 111473463 A CN111473463 A CN 111473463A CN 202010234100 A CN202010234100 A CN 202010234100A CN 111473463 A CN111473463 A CN 111473463A
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Abstract

一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，先在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位，之后以每一个水平测点位为基点，在该水平测点位的高度方向上布置垂直测点，首先将高度方向分成四级区域，然后计算各区域的温度梯度函数，并在温度梯度大于1℃/m处，布置温湿度测点。本发明依据不同高度内热源不同的特点，将垂直空间分成四部分，在热源构成单一的2米以下和6米以上区域内，依据经验布置温湿度测点，而在热源构成复杂的2‑6米区间内，通过计算得出区域内的温度梯度分布，并选择温度梯度大于1℃/m处布置温湿度测点，从而实现了有针对性的布置温湿度测点，达到精确控制温度分布的目的，大大减少了不必要送风造成的能源浪费。

Description

一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法
技术领域
本发明涉及到室内空间温湿度监测领域，具体的说是一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法。
背景技术
现有技术中，部分高大空间内，比如铁路客站等交通建筑内，具有空间大、窗墙比高、人员背景复杂且流动量大、照明系统复杂、全天候运行等特点。而这些特点导致空间内水平方向温湿度分布变化较大，规律性较弱，垂直方向存在温度分层现象。
目前关于这种高大空间内的温度分布依然不够成熟，其内的温湿度测点大部分都是基于经验布置，因此对空间内的温湿度监控不够精确，从而导致局部温度过高，局部温度过低等现象。现有技术中为了削弱局部温度过低的情况，往往会提高送风温度或增加送风量，从而导致能耗增加，造成资源的浪费。
发明内容
为了解决现有高大空间内采用提高送风温度或增加送风量来解决局部温度过低问题所导致的能耗增加、资源浪费现象，本发明提供了一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，该测点布置方法基于实际测试数据以及理论研究，在水平方向和垂直方向提出了较为成熟的测点布置方法，从而对车站内的温度分布进行精确的控制，大大减少了不必要送风造成的的能源浪费。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，先在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位，之后以每一个水平测点位为基点，在该水平测点位的高度方向上布置垂直测点，在某个水平测点位的高度方向上布置垂直测点的方法，包括以下步骤：
S1.在垂直方向，按照热源不同，将空间分成不同高度的四级区域，即0-2m的A区域、2-H1m的B区域、H1-6m的C区域和＞6m的D区域；
其中，H1为设备热源的高度；
S2.分别构建四级区域内的温度分布函数，并推导出四级区域内的温度梯度函数；
S3.在A区域内的0.1m、1.1m和1.7m处布置温湿度测点；
S4.在B区域和C区域内，以温度梯度函数为基础，计算出该区域内的温度梯度分布，且在温度梯度大于1℃/m处，布置温湿度测点；
S5.在D区域内，因该高度区域内不存在热源，由传热微分方程可知该区域内温度不发生变化，为常数，因此，在该高度区域内均匀布置温湿度测点，且测点的布置个数由以下公式计算得到：
Figure BDA0002429507200000021
N为6m以上测点布置数量；H为空间总高度；INT为取整函数。
作为上述测点布置方法的一种优化方案，所述B区域内，计算温度梯度分布并布置温湿度测点的具体操作为：
1)预设温度梯度函数的值为1，对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000022
h1、h1+1、h1+2……H1处布置温湿度测点；若无解，则转入步骤2)；
2)在预设温度梯度函数的值上加1作为新的预设值，之后对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000023
h1、h1+1、h1+2……H1处布置温湿度测点；若无解，则继续执行步骤2)，直至预设值变为H1-2；
3)若预设值为H1-2时仍无解，则在2、3、4……H1处依次布置测点。
作为上述测点布置方法的另一种优化方案，所述C区域内，计算温度梯度分布并布置温湿度测点的具体操作为：
1)预设温度梯度函数的值为1，对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000024
h1、h1+1……6处布置温湿度测点；若无解，则转入步骤2)；
2)在预设温度梯度函数的值上加1作为新的预设值，之后对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000025
h1、h1+1……6处布置温湿度测点；若无解，则继续执行步骤2)，直至预设值变为6-H1；
3)若预设值为6-H1仍无解，则在H1、H1+1、H1+2……6依次布置测点。
作为上述测点布置方法的另一种优化方案，所述A区域内，由于在该高度区间内，热源形式为人体辐射热源，且假定其均匀分布，设人员数量为n，人体热负荷为m，空间面积为F，则该区域内的热源强度qv可由下式得出：
Figure BDA0002429507200000031
再由热源强度推出该区域内的垂直温度分布函数为
Figure BDA0002429507200000032
式中，ρ为空气密度，
Figure BDA0002429507200000033
Tn为室内预设温度；
cp为空气比热容，取1.012-1.019；
u为空气流速，取0.2-0.3m/s；T0为近地面空气温度，取0.1m高度处空气温度。
作为上述测点布置方法的另一种优化方案，所述B区域和C区域内，热源是以设备热源为主，设设备热源的高度为H1；
在2-H1的B区域内，热源强度为
qv＝Q2＝f(h)＝k1h*+C＝Q1+k1(h-2)
由传热微分方程可得
Figure BDA0002429507200000034
Figure BDA0002429507200000035
可得温度分布函数为
Figure BDA0002429507200000036
在T2中对高度求导可得温度梯度函数Y2
Figure BDA0002429507200000041
式中，
Figure BDA0002429507200000042
n为人员数量，m为人体热负荷，F为空间面积，k1为经验系数，取值为0.8-1.2，h为高度；
在H1-6的C区域内，热源强度为
qv＝Q3＝f(h)＝-k2h*1/2+C＝Qd-k2(h-H1)1/2
由传热微分方程
Figure BDA0002429507200000043
Figure BDA0002429507200000044
Figure BDA0002429507200000045
在T3中对高度求导可得温度梯度函数Y3
Figure BDA0002429507200000046
式中，Qd为设备热源强度，k2为经验系数，取值为0.9-1.1，H1为设备热源高度，h为高度。
作为上述测点布置方法的另一种优化方案，所述设备热源是指广告牌、电子屏。
作为上述测点布置方法的另一种优化方案，所述在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位的具体操作如下：
1)在整个空间布置3个一级测点位；
沿空间的长度方向设置一中心纵截面，该中心纵截面将空间宽度方向分成对称的左右两部分，之后再将中心纵截面分成四等分，进而在将中心纵截面四等分的三个等分点作为一级测点位；
2)在整个空间布置6个二级测点位；
分别设置两条纵截面，这两条纵截面与中心截面一起，将空间的宽度方向均分为四等分；
分别设置三条横截面，这三条横截面将空间的长度方向也均分为四等分；
在两条纵截面与三条横截面交接处布置二级测点位；
3)在整个空间布置64个三级测点位
依照切贝切夫法将空间的长度和宽度分为七段，从而在水平方向形成64个三级测点位。
作为上述测点布置方法的另一种优化方案，所述一级测点位为必须布置测点位；二级测点位为建议布置测点位；三级测点位为冗余测点位，依据具体情况参考布置。
本发明所述的高大空间是指空间高度大于6m、体积大于10000m3的空间，主要用于车站候车厅等高大空间。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明依据不同高度内热源不同的特点，将垂直空间分成四部分，在热源构成单一的2米以下和6米以上区域内，依据经验布置温湿度测点，而在热源构成较复杂的2-6米区间内，通过计算得出区域内的温度梯度分布，并选择温度梯度大于1℃/m处布置温湿度测点，从而实现了有针对性的布置温湿度测点，达到了精确控制温度分布的目的，大大减少了不必要送风造成的能源浪费。
附图说明
图1为本发明一级测点位的布置示意图(以10m*10m平面空间为例)；
图2为本发明二级测点位的布置示意图(以10m*10m平面空间为例)；
图3为本发明三级测点位的布置示意图(以10m*10m平面空间为例)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。
实施例1
一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，如图1-3所示，先在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位，之后以每一个水平测点位为基点，在该水平测点位的高度方向上布置垂直测点，在某个水平测点位的高度方向上布置垂直测点的方法，包括以下步骤：
S1.在垂直方向，按照热源不同，将空间分成不同高度的四级区域，即0-2m的A区域、2-H1m的B区域、H1-6m的C区域和＞6m的D区域；
其中，H1为设备热源的高度；
S2.分别构建四级区域内的温度分布函数，并推导出四级区域内的温度梯度函数；
S3.在A区域内的0.1m、1.1m和1.7m处布置温湿度测点；
S4.在B区域和C区域内，以温度梯度函数为基础，计算出该区域内的温度梯度分布，且在温度梯度大于1℃/m处，布置温湿度测点；
S5.在D区域内，因该高度区域内不存在热源，由传热微分方程可知该区域内温度不发生变化，为常数，因此，在该高度区域内均匀布置温湿度测点，且测点的布置个数由以下公式计算得到：
Figure BDA0002429507200000061
N为6m以上测点布置数量；H为空间总高度；INT为取整函数。
在本实施例中，2m以下的热源为人体辐射热源，为研究坐姿、站姿等脚踝、头部的温、湿度，头足温差是置换通风形式下的一种关键评价指标，可以为人员的热舒适评判提供科学依据。根据ASHRAE 55-2010标准，本发明选取高度分别为Z＝0.1m、Z＝1.1m、Z＝1.7m的位置布置测点。由于该处温度分布函数呈现线性分布，因此在满足ASHRAE 55-2010标准的情况下不布置其他位置的测点。
在本实施例中，2-6米的区域内，热源主要是广告牌、电子屏等设备热源，设广告牌、电子屏等设备热源的高度是H1；
当高度大于2m不超出H1，此时热源分布受到广告牌的影响，因此上部空间热源强度大下部空间热源强度小，即近似呈现线性分布；
而当高度大于H1不超出6米时，此时热源分布受到送风气流及广告牌影响，热源分布与高度有关，呈现幂函数分布。
在本实施例中，当高度大于6m，此时高度空间上不存在热源，由传热微分方程可知此时温度不发生变化，为常数T4，实际中温度可能有一定的波动，因此该区域的测点可均匀布置。
实施例2
本实施例是对于实施例1中计算B区域内温度梯度分布并布置温湿度测点的一种具体操作说明：
所述B区域内，计算温度梯度分布并布置温湿度测点的具体操作为：
1)预设温度梯度函数的值为1，对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000071
h1、h1+1、h1+2……H1处布置温湿度测点；若无解，则转入步骤2)；
2)在预设温度梯度函数的值上加1作为新的预设值，之后对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000072
h1、h1+1、h1+2……H1处布置温湿度测点；若无解，则继续执行步骤2)，直至预设值变为H1-2；
3)若预设值为H1-2时仍无解，则在2、3、4……H1处依次布置测点。
实施例3
本实施例是对于实施例1中计算C区域内温度梯度分布并布置温湿度测点的一种具体操作说明：
所述C区域内，计算温度梯度分布并布置温湿度测点的具体操作为：
1)预设温度梯度函数的值为1，对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000073
h1、h1+1……6处布置温湿度测点；若无解，则转入步骤2)；
2)在预设温度梯度函数的值上加1作为新的预设值，之后对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure BDA0002429507200000074
h1、h1+1……6处布置温湿度测点；若无解，则继续执行步骤2)，直至预设值变为6-H1；
3)若预设值为6-H1仍无解，则在H1、H1+1、H1+2……6依次布置测点。
实施例4
本实施例是对于实施例1中计算A区域内垂直温度分布函数的一种具体操作说明：
所述A区域内，由于在该高度区间内，热源形式为人体辐射热源，且假定其均匀分布，设人员数量为n，人体热负荷为m，空间面积为F，则该区域内的热源强度qv可由下式得出：
Figure BDA0002429507200000081
再由热源强度推出该区域内的垂直温度分布函数为
Figure BDA0002429507200000082
式中，ρ为空气密度，
Figure BDA0002429507200000083
Tn为室内预设温度；
cp为空气比热容，取1.012-1.019；
u为空气流速，取0.2-0.3m/s；T0为近地面空气温度，取0.1m高度处空气温度。
实施例5
本实施例是对于实施例1中计算B和C区域内温度梯度函数的一种具体操作说明：
所述B区域和C区域内，热源是以设备热源为主，设设备热源的高度为H1；
在2-H1的B区域内，热源强度为
qv＝Q2＝f(h)＝k1h*+C＝Q1-k1(h-2)
由传热微分方程可得
Figure BDA0002429507200000084
Figure BDA0002429507200000085
可得温度分布函数为
Figure BDA0002429507200000086
在T2中对高度求导可得温度梯度函数Y2
Figure BDA0002429507200000091
式中，
Figure BDA0002429507200000092
n为人员数量，m为人体热负荷，F为空间面积，k1为经验系数，取值为0.8-1.2，h为高度；
在H1-6的C区域内，热源强度为
qv＝Q3＝f(h)＝-k2h*1/2+C＝Qd-k2(h-H1)1/2
由传热微分方程
Figure BDA0002429507200000093
Figure BDA0002429507200000094
Figure BDA0002429507200000095
在T3中对高度求导可得温度梯度函数Y3
Figure BDA0002429507200000096
式中，Qd为设备热源强度，k2为经验系数，取值为0.9-1.1，H1为设备热源高度，h为高度。
实施例6
本实施例是对于实施例1中水平方向均匀布置测点的一种具体操作说明：
所述在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位的具体操作如下：
1)在整个空间布置3个一级测点位；
沿空间的长度方向设置一中心纵截面，该中心纵截面将空间宽度方向分成对称的左右两部分，之后再将中心纵截面分成四等分，进而在将中心纵截面四等分的三个等分点作为一级测点位；
2)在整个空间布置6个二级测点位；
分别设置两条纵截面，这两条纵截面与中心截面一起，将空间的宽度方向均分为四等分；
分别设置三条横截面，这三条横截面将空间的长度方向也均分为四等分；
在两条纵截面与三条横截面交接处布置二级测点位；
3)在整个空间布置64个三级测点位
依照切贝切夫法将空间的长度和宽度分为七段，从而在水平方向形成64个三级测点位。
实施例7
本实施例是对于实施例6中的三级测点位置的说明：
所述一级测点位为必须布置测点位，是为了保证空间内调节这些点位必不可少；二级测点位为建议布置测点位，这些点位既保证了为了达到调节所必须的点位，又可以增加相关点位从而达到更好的修正效果；三级测点位为冗余测点位，即绝对保证室内调节的安全性，但不具备经济效益，可作为剩余点位的参考来进行考虑。
在本发明的以上各实施例中，所述设备热源是指广告牌、电子屏等。

Claims (8)

1.一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，先在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位，之后以每一个水平测点位为基点，在该水平测点位的高度方向上布置垂直测点，其特征在于，在某个水平测点位的高度方向上布置垂直测点的方法，包括以下步骤：
S1.在垂直方向，按照热源不同，将空间分成不同高度的四级区域，即0-2m的A区域、2-H1m的B区域、H1-6m的C区域和＞6m的D区域；
其中，H1为设备热源的高度；
S2.分别构建四级区域内的温度分布函数，并推导出四级区域内的温度梯度函数；
S3.在A区域内的0.1m、1.1m和1.7m处布置温湿度测点；
S4.在B区域和C区域内，以温度梯度函数为基础，计算出该区域内的温度梯度分布，且在温度梯度大于1℃/m处，布置温湿度测点；
S5.在D区域内，因该高度区域内不存在热源，由传热微分方程可知该区域内温度不发生变化，为常数，因此，在该高度区域内均匀布置温湿度测点，且测点的布置个数由以下公式计算得到：
Figure FDA0002429507190000011
N为6m以上测点布置数量；H为空间总高度；INT为取整函数。
2.根据权利要求1所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于，所述B区域内，计算温度梯度分布并布置温湿度测点的具体操作为：
1)预设温度梯度函数的值为1，对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure FDA0002429507190000012
h1、h1+1、h1+2……H1处布置温湿度测点；若无解，则转入步骤2)；
2)在预设温度梯度函数的值上加1作为新的预设值，之后对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure FDA0002429507190000013
h1、h1+1、h1+2……H1处布置温湿度测点；若无解，则继续执行步骤2)，直至预设值变为H1-2；
3)若预设值为H1-2时仍无解，则在2、3、4……H1处依次布置测点。
3.根据权利要求1所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于，所述C区域内，计算温度梯度分布并布置温湿度测点的具体操作为：
1)预设温度梯度函数的值为1，对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure FDA0002429507190000021
h1、h1+1……6处布置温湿度测点；若无解，则转入步骤2)；
2)在预设温度梯度函数的值上加1作为新的预设值，之后对其进行求解，若能够取得解h1，则在
Figure FDA0002429507190000022
h1、h1+1……6处布置温湿度测点；若无解，则继续执行步骤2)，直至预设值变为6-H1；
3)若预设值为6-H1仍无解，则在H1、H1+1、H1+2……6依次布置测点。
4.根据权利要求1所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于：所述A区域内，由于在该高度区间内，热源形式为人体辐射热源，且假定其均匀分布，设人员数量为n，人体热负荷为m，空间面积为F，则该区域内的热源强度qv可由下式得出：
Figure FDA0002429507190000023
再由热源强度推出该区域内的垂直温度分布函数为
Figure FDA0002429507190000024
式中，ρ为空气密度，
Figure FDA0002429507190000025
Tn为室内预设温度；
cp为空气比热容，取1.012-1.019；
u为空气流速，取0.2-0.3m/s；T0为近地面空气温度，取0.1m高度处空气温度。
5.根据权利要求1所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于：所述B区域和C区域内，热源是以设备热源为主，设设备热源的高度为H1；
在2-H1的B区域内，热源强度为
qv＝Q2＝f(h)＝k1h*+C＝Q1+k1(h-2)
由传热微分方程可得
Figure FDA0002429507190000031
Figure FDA0002429507190000032
可得温度分布函数为
Figure FDA0002429507190000033
在T2中对高度求导可得温度梯度函数Y2
Figure FDA0002429507190000034
2＜h≤H1
式中，
Figure FDA0002429507190000035
n为人员数量，m为人体热负荷，F为空间面积，k1为经验系数，取值为0.8-1.2，h为高度；
在H1-6的C区域内，热源强度为
qv＝Q3＝f(h)＝-k2h*1/2+C＝Qd-k2(h-H1)1/2
由传热微分方程
Figure FDA0002429507190000036
Figure FDA0002429507190000037
Figure FDA0002429507190000038
在T3中对高度求导可得温度梯度函数Y3
Figure FDA0002429507190000039
H1＜h≤6
式中，Qd为设备热源强度，k2为经验系数，取值为0.9-1.1，H1为设备热源高度，h为高度。
6.根据权利要求1所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于：所述设备热源是指广告牌、电子屏。
7.根据权利要求1所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于，所述在空间内的水平方向上均匀设置若干水平测点位的具体操作如下：
1)在整个空间布置3个一级测点位；
沿空间的长度方向设置一中心纵截面，该中心纵截面将空间宽度方向分成对称的左右两部分，之后再将中心纵截面分成四等分，进而在将中心纵截面四等分的三个等分点作为一级测点位；
2)在整个空间布置6个二级测点位；
分别设置两条纵截面，这两条纵截面与中心截面一起，将空间的宽度方向均分为四等分；
分别设置三条横截面，这三条横截面将空间的长度方向也均分为四等分；
在两条纵截面与三条横截面交接处布置二级测点位；
3)在整个空间布置64个三级测点位
依照切贝切夫法将空间的长度和宽度分为七段，从而在水平方向形成64个三级测点位。
8.根据权利要求7所述的一种高大空间内温湿度监测的测点布置方法，其特征在于：所述一级测点位为必须布置测点位；二级测点位为建议布置测点位；三级测点位为冗余测点位，依据具体情况参考布置。
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