【摘 要】
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建筑节能工作的开展和人体对于室内环境需求的提高,给暖通空调系统的设计与应用带来巨大挑战。近年来,辐射空调系统以其高效舒适的性能,应用范围越来越广泛。在辐射空调系统中,辐射换热量的计算、平均辐射温度的确定、系统负荷的设计,都需要准确计算人体、辐射板及各表面间的角系数。此外,室内物品的摆放也会影响角系数的数值,从而对换热效果产生影响。本文首先介绍了国内外关于辐射空调及角系数研究现状,分析了角系数研究的
【基金项目】
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国家自然科学基金《基于人体换热的多辐射壁面建筑室内冷负荷特性与能耗优化研究(51878255)》
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建筑节能工作的开展和人体对于室内环境需求的提高,给暖通空调系统的设计与应用带来巨大挑战。近年来,辐射空调系统以其高效舒适的性能,应用范围越来越广泛。在辐射空调系统中,辐射换热量的计算、平均辐射温度的确定、系统负荷的设计,都需要准确计算人体、辐射板及各表面间的角系数。此外,室内物品的摆放也会影响角系数的数值,从而对换热效果产生影响。本文首先介绍了国内外关于辐射空调及角系数研究现状,分析了角系数研究的必要性和现有研究的不足。其次,阐述了角系数的定义和基本性质,比较了常用计算方法的优劣。接着,依据实际人体尺寸建立站姿及坐姿人体三维模型,并简化为立方体模型。推导无遮挡条件下,人体对房间围护结构各表面的角系数计算方法。针对实际房间存在遮挡的情况,提出单个遮挡面、多个遮挡面条件下的人体对壁面的角系数计算方法,运用Python语言将该简化算法编制成可运行程序。遮挡面基于人体三维模型尺寸,采用Fluent软件建立CFD数值模型,分别对无遮挡及有遮挡条件下的简化算法进行验证。在无遮挡条件下,仅坐姿人体对顶面的角系数误差较大,其余工况相对误差均不超过10%。在单个遮挡面条件下,相对误差不超过10%。在两个遮挡面条件下,相对误差不超过5%。影响角系数大小的主要因素有:房间表面(位置、尺寸、距离)、人体姿态、遮挡面(数量、位置、尺寸、距离)。在无遮挡条件下,人体对围护结构表面(壁面、顶面、地面)的角系数与表面位置、尺寸、距离及人体姿态有关。角系数随着表面尺寸的增加而增大,随着距离的增加而减小;且越靠近人体中心的部分对角系数贡献越大。在单个遮挡面条件下,人体对壁面的角系数与遮挡面形式、位置、尺寸、距离及人体姿态有关。遮挡面与人体前后距离越远、偏移越大,角系数越接近无遮挡的值;遮挡面尺寸越大,遮挡量越大,但遮挡量存在极限值。在多个遮挡物条件下,可以依据遮挡物之间的相对距离及物体的形状特点,将其简化为互相平行或垂直的平面,在误差允许范围内可以减少计算量。
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