CN115238532A - 一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统及方法 - Google Patents

一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统及方法 Download PDF

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CN115238532A CN202211161964.5A CN202211161964A CN115238532A CN 115238532 A CN115238532 A CN 115238532A CN 202211161964 A CN202211161964 A CN 202211161964A CN 115238532 A CN115238532 A CN 115238532A
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Abstract

本发明公开一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统及方法，预测系统包括方案评价模块、温度预测模块和风量调控模块；方案评价模块，用于在建筑方案设计阶段对商业综合体入口至中庭连通空间的热环境性能进行评估；温度预测模块，用于在商业综合体中，对不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测，实现空调系统单元调控时间内入口至中庭连通空间的水平与垂直温度地图获取，以及步行街热舒适面积达标率的实时评估；风量调控模块，用于对商业综合体入口至中庭连通空间的温度场调控；通过风量调控模型计算分层分区供暖送风调节量，实现降低中庭空间垂直温度梯度、提高热舒适面积达标率以及增加能源利用效率的多目标调控。

Description

一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统及方法
技术领域
本发明涉及商业综合体温度场预测领域，特别是一种面向商业综合体入口至中庭连通空间的三维温度场快速预测系统与运维控制方法。
背景技术
现存商业综合体在实际运营中普遍存在热舒适达标率低以及温度分布不均匀的问题。这不仅影响人员热舒适度性，同时也导致建筑冬季热负荷增加，从而增大了商场的运营成本。前人通常独立研究中庭及周边区域而忽略从入口到步行街的完整气流运动空间。环境调节普遍以二维温度分布或楼层平均温度为目标，无法精准分区调控。并且既有研究的调控核算时间成本高，缺乏即时响应的三维温度场预测与智能运维控制方法。
目前与本申请最接近的现有专利及论文如下：
1）一种城市综合体垂直温度场空调通风系统及控制系统（211400195 U），该实用新型提供了一种城市综合体空调通风系统及控制系统。通过回风主管道上的CO2浓度传感器、回风支路上的温度传感器和送风模拟量电动风量调节阀控制球形风口送风量。
该实用新型通过每层回风管路上的温度传感器，调节各层空调送风量，并根据主管道的CO2传感器调节新风量，从而改善空气舒适度和品质。但该实用新型仅依靠每层回风处的温度进行计算调节，传感器布置远离人群位置且布置密度低，无法对水平方向的温度分布产生及时且准确的响应。
2）一种基于冬季风环境模拟的严寒地区建筑中庭的优化方法（104143016 B），该发明通过建立基准模型、设定标准条件、模拟数据分析、得出优化策略的一套方法，量化中庭微环境。
该发明在Airpak软件中建立的中庭及其周边空间的物理模型考虑了空间变量的变化，分析各层温度走势从而提出针对性策略。但该发明的研究空间仅限于中庭及其周边区域，且对于温度场的评估仅限于各层温度走势，无法对整个连通空间的温度场情况进行评估和预测。此外，在实际应用中，该方法仅能提出针对性的改造策略而无法预测空间设计带来的温度场影响。
3）一种针对商业步行街大中庭的风量平衡装置（215295248 U），该实用新型由温度传感器、压差传感器和CO2浓度传感器共同组成监测系统，用于调节步行街和中庭区域的排风量以实现步行街和中庭区域的风量平衡。
该实用新型可以将采集到的温度、压差和CO2数据传回控制箱与预设值对比，从而响应室内外条件匹配不同的运行工况。但温度和CO2传感器均位于中庭顶部，使排风控制仅能以整个中庭空间为目标，无法实现各层中庭空间垂直温差和水平局部分区的精细调控。
4）中庭及周边区域空调末端智能控制方法（107525235 B），该发明通过核算顶层、底层的最大新风量以及中间楼层需要的最小新风量，建立新风量与排风量的控制目标，以实现降低中庭及周边区域能耗的目的。
该方法通过新风量与排风量的重新匹配，利用二者的压力流抵消原本空气的重力流的影响，从而打乱楼层间的温度分层，减小温度差异。但该方法的核算是以楼层为单位的，无法分区调控，并且逐个核算将产生较高的时间成本和数据储存成本。此外，该方法仅以降低能耗为目标，并未兼顾以室内人员热舒适为目标的热环境表现。
综上所述，目前未发现“商业综合体冬季热环境性能的方案评价以及室内三维温度场的快速预测与变风量控制”方面的发明成果。在此背景下，本申请提出一种冬季条件下商业综合体入口至中庭连通空间的三维温度场快速预测与智能运维控制方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，用于调控商业综合体的入口、中庭及周边空间的冬季温度场，商业综合体入口至中庭连通空间分为入口、过渡空间和中庭空间三部分，上述三个空间中供行人正常行走的区域为步行街，过渡空间是商场入口和中庭空间的廊道，入口包括建筑最外侧门到门斗出口的空间；其特征在于，包括方案评价模块、温度预测模块和风量调控模块；
所述方案评价模块，用于在建筑方案设计阶段对商业综合体入口至中庭连通空间的热环境性能进行评估；
所述温度预测模块，用于在商业综合体中，对不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测，实现空调系统单元调控时间内入口至中庭连通空间的水平与垂直温度地图获取，以及步行街热舒适面积达标率的实时评估；
所述风量调控模块，用于对商业综合体入口至中庭连通空间的温度场调控；在获得当前单元调控时间内室内三维温度场的前提下，通过计算逐层风量调控体积量，并以提升满足人员热舒适温度的面积达标率为目标，通过风量调控模型计算分层分区供暖送风调节量，实现降低中庭空间垂直温度梯度、提高热舒适面积达标率以及增加能源利用效率的多目标调控。
进一步的，所述方案评价模块将入口至中庭连通空间的空间参量及室外气象工况作为输入参量，
所述空间参量包括门斗形式、过渡空间平面形状、过渡空间长度、过渡空间剖面形状、过渡空间曲直、过渡空间宽度、中庭高度、中庭体积、中庭平面形状及剖面形状、有无扶梯以及顶界面材质，所述室外气象工况包括不同流速和来流方向的入口侵入冷风工况，将入口至中庭连通空间热性能评价指标作为输出参量；通过空间参量和室外气象工况的变化组合生成模拟样本，利用CFD模拟软件计算室内温度场并完成CFD样本数据库建立，能够实现在建筑方案设计阶段的商业综合体室内热环境性能的方案比选，及其对既有建筑的热环境性能的量化评估；
所述入口至中庭连通空间热性能评价指标包括步行街热舒适平均温度达标率、抗侵入风指数和空间性能评分指标。
进一步的，所述温度预测模块内设置有通过BP神经网络算法建立并基于CFD样本数据库的三维温度场预测模型，其中三维温度场预测模型的输入参量为空间参量和室外气象工况，输出参量为空间温度特征点的温度数值；对于室内空间特征位置，每层中庭空间抓取均匀分布的9个点作为中庭空间温度特征点，每层步行街沿轴线提取9-12个点作为步行街空间温度特征点；过渡空间提取内门轴线、外门轴线和中轴线在1.5ｍ和3ｍ高度处的温度值，共18个空间温度特征点；在启用温度预测模块前调用适配对应建筑的空间信息参数，并在每次空调系统末端的单元调控时间内载入单元调控时间开始时刻下入口至中庭连通空间的各层人员密度和设备使用情况，加载对应时刻下的室外气象工况，进而启动三维温度场预测模型对该单元调控时间内的结束时刻室内温度场实现精细化预测，从而为室内温度调控提供数据基础。
进一步的，所述风量调控模块基于变风量空调系统，通过调整供热量将商业综合体内不同区域的负荷差异调平。
进一步的，入口至中庭连通空间步行街热舒适平均温度达标率计算公式如下：
Figure 183595DEST_PATH_IMAGE001
其中，Cr表示步行街热舒适平均温度达标率；Cri表示单层步行街温度达标率，i为对应层数；n表示商业综合体总楼层数；
入口至中庭连通空间步行街抗侵入风指数计算公式如下：
Figure 451897DEST_PATH_IMAGE002
其中，Tr表示抗侵入风指数，单位为K；T0表示各层步行街平均温度的算数平均数，单位为K；ΔT表示中庭周边单层步行街平均温度的极差，单位为K；
入口至中庭连通空间性能评分指标计算公式如下：
Figure 617299DEST_PATH_IMAGE003
其中，S表示空间性能评分指标；
Figure 511305DEST_PATH_IMAGE004
表示Tr归一化后的数值；
Figure 94865DEST_PATH_IMAGE005
表示Cr归一化后的数值。
进一步的，风量调控模型中：依据人员在商业综合体室内的期望热舒适区间，期望平均空气温度大于室内空气平均温度条件下的风量调整量计算公式如下：
Figure 721018DEST_PATH_IMAGE006
期望平均空气温度小于室内空气平均温度条件下的风量调整量计算公式如下：
Figure 436033DEST_PATH_IMAGE007
其中，V—调控区域空间容积，m3；TA—空调系统末端送风温度，K；Ta—调控区域平均空气温度，K；△VA—单层空间单次调节时间段内送风体积变化量，m3；Tex—期望平均空气温度，K；
为调节因额外人员活动和设备内热源散热而多供给的送风体积流量，内热源包括设备及人员；内热源对送风调整量影响作用的计算公式如下：
Figure 822146DEST_PATH_IMAGE008
△Vi—内热源散热导致的单次调节时间段内送风体积变化量，m3；Wl—某设备额定功率，W；ωl—某设备散热功率比率，%；np—调控区域内人员数量；Wp—冬季商场步行街人员平均散热功率，W；t—单轮温度调节间隔时间，s；c—定压状态下空气比热容，J/(kg·K)；ρ—标准大气压下空气密度，kg/m3；
综上，商业综合体中庭空间风量调整量计算公式如下：
Figure 243900DEST_PATH_IMAGE009
△V——单元调控时间风量调整总体积量，m3。
本发明还提供一种基于所述适用于商业综合体的冬季温度场预测系统的预测方法，包括：
针对某一寒冷地区商业综合体，通过方案评价模块对该商业综合体的入口至中庭连通空间进行热环境性能量化评价，得到相应的空间性能评分；
通过温度预测模块对商业综合体的入口至中庭连通空间内不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测；
根据三维温度场预测模型计算结果和风量调控模块中相应的计算，对中庭空间各层空调末端风量调整量进行计算并实时调整分层分区的供暖送风调节量。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明方法在建筑设计阶段，通过改变商业综合体的关键空间参量和冬季冷风侵入工况，对典型运行模式的三维温度场进行热性能评估，并依托热性能评价指标辅助设计师决策，从而提升室内热环境质量。在建筑运维阶段，通过输入空间参数针对性预测室内三维温度场，并依托预测结果计算逐层负荷差异，并以提升热舒适达标率为目标进行单元调控时间内供暖风量的分区调控，既实现了降低中庭空间垂直温度梯度、提高热舒适面积达标率的目标，也提高了能源的利用效率。
2.本发明提供一种冬季条件下商业综合体入口至中庭连通空间的CFD样本数据库，继而以此建立了三维温度场预测模型，该模型可实时预测，并加载内热源参量提供逐层负荷差计算和供暖风量调控，得到可有效指导设计阶段的商业综合体冬季室内热环境性能的评价方法，以及解决运维阶段中庭空间垂直温差大、热舒适面积达标率低的智能运维控制方法。
3.以绿色节能建筑环境为目标的社会意义；
目前商业综合体存在室内温度分布显著不均匀性和调控时滞性的问题，进而导致巨大的能源浪费。本发明在设计方案遴选和运行温度预测的基础上，进行空调末端的智能风量调控，优化送风量调平室内各区域的负荷差异，可实现供热利用率增加，提升空调系统运行效率，避免能源浪费，为构建低碳绿色的社会环境做出贡献。
4.提升商业综合体室内热环境品质的应用意义；
本发明通过对商业综合体入口至中庭连通空间的设计评价和运维调控，实现了该空间的热环境性能提升和温度分布的精细化调控，有效提升了空间自身抗冷风侵入的热环境属性和室内热舒适面积达标率，从而有效提升建筑空间热环境品质，改善用户购物体验。
5.空调系统运维变风量控制的经济意义；
空调末端的智能风量调控可以提升空调系统的能源利用效率，实现降低运行能耗的效果，从而降低了商业综合体的冬季运维成本。同时，提升购物环境品质，助益实体商铺经营。
附图说明
图1是空间温度特征点的分布示意图。
图2是基于冬季温度场预测系统的预测方法流程示意图。
图3是具体实施例中现场测试测点图。
图4a和图4b分别是测点A与测点B的预测结果与实测数据对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1.
本实施例提供一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，用于调控商业综合体的入口、中庭及周边空间的冬季温度场，商业综合体分为入口、过渡空间和中庭空间三部分，上述三个空间中供行人正常行走的区域为步行街，过渡空间是商场入口和中庭空间的廊道，入口是包括建筑最外侧门开始到建筑门斗的出口为止这其中的空间（也就是外入口到门斗这一块）；该冬季温度场预测系统包括方案评价模块、温度预测模块和风量调控模块；
方案评价模块，用于在建筑方案设计阶段对商业综合体入口至中庭连通空间的热环境性能进行评估；结合不同室外气象条件导致的入口侵入冷风影响，规避室内热环境性能较差的空间参量组合形式和设计方案，方便建筑师在前期设计阶段进行方案比选，或对既有建筑实现热环境性能的量化评估。
温度预测模块，用于既有商业综合体中，对不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测，实现空调系统单元调控时间内入口至中庭连通空间的水平与垂直温度地图获取，以及步行街热舒适面积达标率的实时评估；其中设备包括但不限于室内通过插座供电的活动设施、功能设备、照明设备等。单元调控时间具体可参见“ Gang Liu,Lei Ren, GuanhuaQu*, Yuanyuan Zhang, XingyuZang. Fast prediction model ofthree-dimensional temperature field of commercial complex for entrance-atriumtemperature regulation[J]. Energy and Buildings, 2022(273), 112380.中unitregulation time的描述”单元调控时间已发表论文中有提到（英文），单元调控时间需要根据建筑运营方的调控精度来进行设置，单元调控时间是一个固定值，如15分钟、30分钟、60分钟等。
风量调控模块，用于对商业综合体入口至中庭连通空间的温度场调控；在获得当前单元调控时间内室内三维温度场的前提下，通过计算逐层风量调控体积量，并以提升满足人员热舒适温度的面积达标率为目标，通过风量调控模型计算分层分区供暖送风调节量，实现降低中庭空间垂直温度梯度、提高热舒适面积达标率以及增加能源利用效率的多目标调控。
具体的，本实施例中，方案评价模块将入口至中庭连通空间的空间参量及室外气象工况作为输入参量；典型空间参量包括门斗形式、过渡空间平面形状、过渡空间长度、过渡空间剖面形状、过渡空间曲直、过渡空间宽度、中庭高度、中庭体积、中庭平面形状及剖面形状、有无扶梯以及顶界面材质，室外气象工况包括不同流速和来流方向的入口侵入冷风工况，将入口至中庭连通空间热性能评价指标Cr、Tr和S作为输出参量。通过空间参量和室外气象工况的变化组合生成模拟样本，利用CFD计算室内温度场并完成CFD样本数据库和三维温度场预测模型的建立，从而进行建筑设计阶段的商业综合体室内热环境性能的方案比选和既有建筑的热环境性能评价。
入口至中庭连通空间步行街热舒适平均温度达标率计算公式如下：
Figure 368851DEST_PATH_IMAGE001
其中，Cr—步行街热舒适平均温度达标率；Cri—单层步行街温度达标率，i为对应层数；n—商场总楼层数。
入口至中庭连通空间步行街抗侵入风指数计算公式如下：
Figure 993999DEST_PATH_IMAGE010
其中，Tr—抗侵入风指数，单位为K；T0—各层步行街平均温度的算数平均数，单位为K；ΔT—中庭周边单层步行街平均温度的极差，单位为K。
入口至中庭连通空间性能评分指标计算公式如下：
Figure 698649DEST_PATH_IMAGE011
其中，S—空间性能评分指标；
Figure 37227DEST_PATH_IMAGE004
—建筑抗侵入风指数Tr归一化后的数值；
Figure 15635DEST_PATH_IMAGE005
—平均达标率Cr归一化后的数值。
具体的，本实施例中温度预测模块内核为采用BP神经网络算法建立的基于CFD样本数据库的三维温度场预测模型，三维温度场预测模型是通过输入空间参量、室外气象参数以及室内人员密度和设备运行情况，获得该空间室内的空间温度特征点，根据这些特征点绘制云图实现三维温度场。三维温度场预测模型中输入参量为典型空间参量特征和不同流速和来流风向的入口侵入冷风室外气象工况，输出参量为空间温度特征点的温度数值。对于室内空间特征位置，每层中庭空间抓取均匀分布的9个点作为中庭空间温度特征点，每层步行街沿轴线提取9-12个点作为步行街空间温度特征点。过渡空间提取内门轴线、外门轴线和中轴线在1.5m和3m高度处的温度值，共18个空间温度特征点。具体的，过渡空间只有一层，在过渡空间1.5m和3m的高度分别布置了温度点；门斗室外一侧为外门，门斗室内和过渡空间直接连通的门为内门。
以某商业综合体室内空间为例，特征点分布如图1所示。在启用温度预测模块前调用该建筑适配的空间信息参数，并在每次空调系统末端的单元调控时间内载入该时刻下入口至中庭连通空间的各层人员密度和设备使用情况，加载该时刻下的冬季冷风侵入工况，进而启动三维温度场预测模型对该单元调控时间段的结束时刻室内温度场实现精细化预测，从而为室内温度智能调控提供数据基础。空间信息参数具体见Gang Liu, Lei Ren,GuanhuaQu*, Yuanyuan Zhang, XingyuZang. Fast prediction model of three-dimensional temperature field of commercial complex for entrance-atriumtemperature regulation[J]. Energy and Buildings, 2022(273), 112380。
具体的，本实施例中风量调控模块，基于变风量空调系统，通过调整供热量将不同区域的负荷差异调平。风量调控模型中，依据人员在商业综合体室内的期望热舒适区间（期望热舒适区间可见：Gang Liu, Lei Ren, GuanhuaQu*, Yuanyuan Zhang, XingyuZang.Fast prediction model of three-dimensional temperature field of commercialcomplex for entrance-atrium temperature regulation[J]. Energy and Buildings,2022(273), 112380.文中用的是K作为温度单位，换算成摄氏度应该是17.85-20.89℃），期望平均空气温度大于室内空气平均温度条件下的风量调整量计算公式如下：
Figure 642926DEST_PATH_IMAGE012
期望平均空气温度小于室内空气平均温度条件下的风量调整量计算公式如下：
Figure 682426DEST_PATH_IMAGE013
V—调控区域空间容积，m3；TA—空调系统末端送风温度，K；Ta—调控区域平均空气温度，K；△VA—单层空间单次调节时间段内送风体积变化量，m3；Tex—期望平均空气温度，K
由于上述风量调整量仅涵盖基本供暖条件下空间形式和入口侵入风共同作用导致的步行街空间不同区域负荷差异。虽然依据结果优化空调系统参数设置可以将建筑空间形态属性导致的区域目标温度与实际温度的差值调平，但在具体应用过程中还需要考虑内热源对中庭空间热环境的影响作用。为调节因额外人员活动和设备内热源散热而多供给的送风体积流量，内热源对送风调整量影响作用的计算公式如下（其中设备的散热功率比率和人员的平均散热功率需根据实际情况赋值）：
Figure 829504DEST_PATH_IMAGE014
△Vi—设备及人员内热源散热导致的单次调节时间段内送风体积变化量，m3；Wl—某设备额定功率，W；ωl—某设备散热功率比率，%；np—调控区域内人员数量；Wp—冬季商场步行街人员平均散热功率，W；t—单轮温度调节间隔时间，s；c—定压状态下空气比热容，J/(kg·K)；ρ—标准大气压下空气密度，kg/m3；
综上所述，商业综合体中庭空间风量调整量计算公式如下：
Figure 233941DEST_PATH_IMAGE015
△V——单元调控时间风量调整总体积量，m3。
实施例2.
一种基于所述适用于商业综合体的冬季温度场预测系统的预测方法，见图2，包括：
针对某一寒冷地区商业综合体，通过方案评价模块对该商业综合体的入口至中庭连通空间进行热环境性能量化评价，得到相应的空间性能评分；其中典型模型指在建筑空间信息参数分类统计中各参量的众数形成的模型文献，“任蕾,曲冠华,黄文龙.商场空间形式的热性能预测模型[J].建筑节能(中英文),2021,49(09):35-43.”中有明确提到。
通过温度预测模块对商业综合体的入口至中庭连通空间内不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测；
根据三维温度场预测模型计算结果和风量调控模块中相应的计算，对中庭空间各层空调末端风量调整量进行计算并实时调整分层分区的供暖送风调节量。
基于实施例1提供的一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，本实施例选择寒冷地区某商业综合体对实施例1方案进行阐述。调用实施例1的方案评价模块对该商业综合体的入口至中庭连通空间进行热环境性能量化评价。该空间门斗形式为双层门斗；过渡空间平面形状为中心轴直线型的过渡空间，过渡空间长度和宽度分别为8,3m和6.3m；中庭为空间高度31.7m、长宽比1：1、具有自动扶梯、屋面无天窗、剖面为矩形的大型中庭，现场测试当日侵入风来流方向与入口呈135°。经方案评价模块计算可得，该空间在低、中、高风速条件下Tr得分归一化后分别为0.7738、0.6687、0.5862，Cr得分分别为15.29%、26.43%、38.57%。因此，S得分分别为37.64、40.99、45.79。为了验证温度预测模块的应用效果，对上述空间在冬季某工作日14：00至15：00开展了现场测试，选取逐层对位的两组步行街测点进行温度测量。为了排除额外系统误差的影响，选择了几乎无行人并且未举办活动或设置售卖摊位的中庭，测点A和B如图3所示。同时，调用温度预测模块进行该空间的三维温度场预测，测点处温度预测结果与现场测试结果对比如图4a和图4b所示。两组测点的预测值与实测值的平均绝对误差分别为0.18℃和0.19℃。
根据该空间的三维温度场预测模型计算结果和风量调控模块中涉及的计算公式，对中庭空间各层空调末端风量调整量进行计算。由于测试期间该空间无额外的设备、照明和人员等内热源，并且依据该商业综合体的实际空调系统控制模式，将送风调节变化量平均增加或减少至单层全部空调末端，各层期望平均空气温度设定为人员热舒适满意温度区间17.85-20.89℃的中值，即19.37℃，该数值满足中国GB/T 50668-2011中公共建筑空调温度设置不高于20℃的规定，单元调控时间设置为15分钟。经风量调控模块计算可得，风量调整后的一层中庭空间及步行街空调末端送风风速为4.65m/s，二层空调末端送风风速为1.94m/s，三层空调末端送风风速为1.22m/s，四层空调末端送风风速为1.20m/s，五层空调末端送风风速为1.36m/s，六层空调末端送风风速为1.01m/s。
为了验证风量调控模块的应用效果，根据现场测试获得的风热环境边界条件，开展基于Fluent平台的CFD模拟验证。该模拟为瞬态CFD模拟计算，时间长度设置为单元调控时间900s（15分钟），步长设置为1s，单步长迭代次数为10次，从而得到900s时刻的模拟计算结果。模拟结果显示一层至六层的各层平均空气温度分别是19.19℃，19.38℃，19.53℃，19.52℃，19.64℃，19.55℃，整体步行街平均温度达标率Cr为0.93，验证了风量调控模块的有效性。此外，经优化调整后整个中庭区域减少供暖送风流量20.47m³/s，即降低了46.7%的供暖送风流量，对建筑运行能耗具有显著的降低作用。
综上，实现商业综合体入口至中庭连通空间的热环境性能评价、三维温度场预测和单元调控时间内的空调末端风量调控，从而实现量化空间热环境性能、提升室内热舒适面积达标率以及降低运行能耗的目标。
最后需要指出的是：以上实例仅用以说明本发明的计算过程，而非对其限制。尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实例所记载的计算过程进行修改，或者对其中部分参数进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应计算方法的本质脱离本发明计算方法的精神和范围。

Claims (7)

1.一种适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，用于调控商业综合体的入口、中庭及周边空间的冬季温度场，商业综合体入口至中庭连通空间分为入口、过渡空间和中庭空间三部分，商业综合体入口至中庭连通空间中供行人正常行走的区域为步行街，过渡空间是商场入口和中庭空间的廊道，入口包括建筑最外侧门到门斗出口的空间；其特征在于，包括方案评价模块、温度预测模块和风量调控模块；所述方案评价模块，用于在建筑方案设计阶段对商业综合体入口至中庭连通空间的热环境性能进行评估；所述温度预测模块，用于在商业综合体中，对不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测，实现空调系统单元调控时间内入口至中庭连通空间的水平与垂直温度地图获取，以及步行街热舒适面积达标率的实时评估；所述风量调控模块，用于对商业综合体入口至中庭连通空间的温度场调控；在获得当前单元调控时间内室内三维温度场的前提下，通过计算逐层风量调控体积量，并以提升满足人员热舒适温度的面积达标率为目标，通过风量调控模型计算分层分区供暖送风调节量，实现降低中庭空间垂直温度梯度、提高热舒适面积达标率以及增加能源利用效率的多目标调控。
2.根据权利要求1所述的适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，其特征在于，所述方案评价模块将入口至中庭连通空间的空间参量及室外气象工况作为输入参量，
所述空间参量包括门斗形式、过渡空间平面形状、过渡空间长度、过渡空间剖面形状、过渡空间曲直、过渡空间宽度、中庭高度、中庭体积、中庭平面形状及剖面形状、有无扶梯以及顶界面材质，所述室外气象工况包括不同流速和来流方向的入口侵入冷风工况，将入口至中庭连通空间热性能评价指标作为输出参量；通过空间参量和室外气象工况的变化组合生成模拟样本，利用CFD模拟软件计算室内温度场并完成CFD样本数据库建立，能够实现在建筑方案设计阶段的商业综合体室内热环境性能的方案比选，及其对既有建筑的热环境性能的量化评估；所述入口至中庭连通空间热性能评价指标包括步行街热舒适平均温度达标率、抗侵入风指数和空间性能评分指标。
3.根据权利要求1所述的适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，其特征在于，所述温度预测模块内设置有通过BP神经网络算法建立并基于CFD样本数据库的三维温度场预测模型，其中三维温度场预测模型的输入参量为空间参量和室外气象工况，输出参量为空间温度特征点的温度数值；对于室内空间特征位置，每层中庭空间抓取均匀分布的9个点作为中庭空间温度特征点，每层步行街沿轴线提取9-12个点作为步行街空间温度特征点；过渡空间提取内门轴线、外门轴线和中轴线在1.5ｍ和3ｍ高度处的温度值，共18个空间温度特征点；在启用温度预测模块前调用适配对应建筑的空间信息参数，并在每次空调系统末端的单元调控时间内载入单元调控时间开始时刻下入口至中庭连通空间的各层人员密度和设备使用情况，加载对应时刻下的室外气象工况，进而启动三维温度场预测模型对该单元调控时间内的结束时刻室内温度场实现精细化预测，从而为室内温度调控提供数据基础。
4.根据权利要求1所述的适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，其特征在于，所述风量调控模块基于变风量空调系统，通过调整供热量将商业综合体内不同区域的负荷差异调平。
5.根据权利要求1或2所述的适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，其特征在于，入口至中庭连通空间步行街热舒适平均温度达标率计算公式如下：
Figure 145838DEST_PATH_IMAGE001
其中，Cr表示步行街热舒适平均温度达标率；Cri表示单层步行街温度达标率，i为对应层数；n表示商业综合体总楼层数；
入口至中庭连通空间步行街抗侵入风指数计算公式如下：
Figure 634719DEST_PATH_IMAGE002
其中，Tr表示抗侵入风指数，单位为K；T0表示各层步行街平均温度的算数平均数，单位为K；ΔT表示中庭周边单层步行街平均温度的极差，单位为K；
入口至中庭连通空间性能评分指标计算公式如下：
Figure 76064DEST_PATH_IMAGE003
其中，S表示空间性能评分指标；
Figure 266874DEST_PATH_IMAGE004
表示Tr归一化后的数值；
Figure 569811DEST_PATH_IMAGE005
表示Cr归一化后的数值。
6.根据权利要求1或4所述的适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，其特征在于，风量调控模型中：依据人员在商业综合体室内的期望热舒适区间，期望平均空气温度大于室内空气平均温度条件下的风量调整量计算公式如下：
Figure 162466DEST_PATH_IMAGE006
期望平均空气温度小于室内空气平均温度条件下的风量调整量计算公式如下：
Figure 712396DEST_PATH_IMAGE007
其中，V—调控区域空间容积，m3；TA—空调系统末端送风温度，K；Ta—调控区域平均空气温度，K；△VA—单层空间单次调节时间段内送风体积变化量，m3；Tex—期望平均空气温度，K；
为调节因额外人员活动和设备内热源散热而多供给的送风体积流量，内热源包括设备及人员；内热源对送风调整量影响作用的计算公式如下：
Figure 406814DEST_PATH_IMAGE008
△Vi—内热源散热导致的单次调节时间段内送风体积变化量，m3；Wl—某设备额定功率，W；ωl—某设备散热功率比率，%；np—调控区域内人员数量；Wp—冬季商场步行街人员平均散热功率，W；t—单轮温度调节间隔时间，s；c—定压状态下空气比热容，J/(kg·K)；ρ—标准大气压下空气密度，kg/m3；
综上，商业综合体中庭空间风量调整量计算公式如下：
Figure 762709DEST_PATH_IMAGE009
△V——单元调控时间风量调整总体积量，m3。
7.一种适用于商业综合体的冬季温度场预测方法，基于权利要求1-6任一适用于商业综合体的冬季温度场预测系统，其特征在于，包括：针对某一寒冷地区商业综合体，通过方案评价模块对该商业综合体的入口至中庭连通空间进行热环境性能量化评价，得到相应的空间性能评分；通过温度预测模块对商业综合体的入口至中庭连通空间内不同人员密度和设备散热条件下的室内三维温度场进行预测；根据三维温度场预测模型计算结果和风量调控模块中相应的计算，对中庭空间各层空调末端风量调整量进行计算并实时调整分层分区的供暖送风调节量。
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