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2017年11月16日 13:50  来源:中国保温材料网  人气:1995

  太阳辐射会对室外暴露的工业产品产生热效应和光化学效应,从而会对工业产品的性能和工作可靠性产生不利影响,按照一些工业产品环境试验标准的要求,在这些产品研制定型之前应进行太阳辐射试验,以考核其对太阳辐射环境的适应性和工作可靠性。太阳辐射试验室是在室内人工模拟太阳辐射环境,进行太阳辐射试验的试验室。太阳辐射试验室采用专用灯具对太阳辐射的光谱、辐射强度和日照强度变化进行模拟,因此其室内灯具的发热量很大,而且发热量随时间变化较大。同时要求室内温度也按一定曲线变化,以模拟夏季一天的气温变化,最高室温要求达到40-50°Q因此太阳辐射试验室也是一个高温环境试验室。对于高温环境试验室,为了达到和维持室内的高温环境,空调系统通常需要加热,因此加强建筑保温性能通常可以减少空调系统的热负荷和能耗,增强建筑保温性能,这是目前建筑节能设计的一个重要途径。但由于该试验室的室内灯具的发热量很大,建筑保温性能的增强又会使建筑向室外的散热能力减弱,从而使空调冷负荷增加。提高太阳辐射试验室的建筑保温性能对于减少其空调能耗是否有利这是太阳辐射试验室设计工作中一个亟待解决的重要技术难题。在太阳辐射模拟技术方面,以往的研究主要集中在试验参数的探讨上1通过对国内外一些常用数据库进行检索,没有发现对太阳辐射模拟试验室建筑围护结构保温问题进行研究的报道,笔者采用计算机模拟分析的方法,对太阳辐射试验室的建筑保温性能与空调冷热负荷和能耗的关系进行模拟分析研究,为此类建筑物的建筑保温设计提供科学依据。

  1试验室概况与技术条件某大型太阳辐射试验室能够按相关标准4'在室内对太阳辐射进行模拟、进行大中型设备的太阳辐射试验。其尺寸为的最大试件为60钢铁。室内温度要求按3条不同曲线变化,以模拟不同气候区夏季典型日的气温变化,3条室温变化曲线见。以24h为一个周期进行试验,通常为3到7个周期。室内采用特制的灯具对太阳辐射的光谱和辐射强度进行模拟,灯具辐射强度按一定曲线变化,以模拟一天内太阳辐射强度的变化,太阳辐射模拟灯具的总发热量变化曲线见其综合发光效率为40%.按室内建筑面积计算灯具发热指标最高达到1100W/rf,可见室内灯具的发热强度是很大的。该试验室对室内湿度没有要求,室内也没有散湿源。空调系统加热采用电加热方式,冷却采用室外空气通风冷却和喷水蒸发冷却方式。建筑墙体结构为200厚的钢筋混凝土+聚氨酯泡沫塑料保温层,表面为1厚的不锈钢板。

  2空调负荷计算方法该试验室的空调冷负荷主要包括建筑围护结构冷负荷、试件冷负荷、灯具冷负荷、渗透空气冷负荷和循环风机冷负荷。

  21建筑围护结构和试件的空调负荷计算在太阳辐射试验过程中室内温度是不断变化的,因此其建筑围护结构和试件的热工变化过程是不稳定传热过程,这一部分计算是比较复杂的,在此采用有限差分数值算法进行计算按一维大平板传热计算采用向前差分格式,在厚度方向上分为N等分,传热差分方程为入w一入点和第个时间节点的温度;n0为初始温度;为外壁面温度;t为室内壁面温度。

  建筑围护结构内外两侧的边界条件均为第三类边界条件外墙面对流放热系数;an为内墙面对流放热系数。

  建筑围护结构一般是由结构层和保温层组成的多层复合保温结构,假设第k个厚度节点为两种材料的界面节点,按热量平衡可得出界面条件:种材料的导热系数、密度和比热容。为第个时间节点的界面温度。

  将各层材料各厚度节点的传热差分方程、各层材料之间界面条件方程和内外表面的边界条件方程联立求角解即可求出多层复合保温结构在整个试验过程中的温度场变化和传热状况。建筑围护结构各组成部分,包括墙体、地面、屋顶、门和试件,它们的材料组成和结构不同,因此分别采用有限差分法计算其温度场。由于试验室中的试件是变化的、不确定的,为了简化计算根据最大试件的平均厚度,将试件处理成一维壳板进行计算。气象参数按建筑物当地的气象参数计算冬季工况空调室外计算温度为一256°C,夏季工况空调室外计算温度为31.8°C,冬季工况和夏季工况分别计算。考虑最不利的情况,冬季工况的室内温度曲线按温度最高的试验曲线1计算,夏季工况的室内温度曲线按温度最低的试验曲线3计算。

  22灯具空调冷负荷计算灯具的发热量包括两个部分,一部分是对流热,另一部分是辐射热。根据灯具厂家提供的数据,该灯具的对流热所占比例约为60%对流热直接形成空调冷负荷。灯具辐射热所占比例约为40%这部分辐射热量需要通过围护结构内表面和试件外表面的吸收、升温、放热才能形成空调冷负荷,其空调冷负荷按冷负荷系数法来计算由于该试验室中灯具的发热量是逐时变化的,因此以1h为单位对灯光辐射散热量进行离散化分时处理,逐段进行冷负荷计算并将分时计算结果叠加,得到灯具辐射散热的空调逐时总冷负荷,房间类型为重型,1h灯光辐射散热的冷负荷系数按表1的数据计算161.通过对比分析发现采用这种离散化算法对长时间开灯的冷负荷系数的计算结果与中的相应数据基本相同,最大绝对误差为Q(H因此这种离散化算法是可行的。

  开灯时间冷负荷系数表1灯具散热的冷负荷系数(开灯时间为1h)23渗透空气负荷和风机冷负荷计算该试验室大门的面积较大,其密封性较差,室内换气次数按1次/h计算,由于该试验室室内相对湿度没有要求,空调系统采用通风冷却方式,没有除湿过程,因此渗透空气的空调冷负荷只计算显热负荷。试验室空调系统循环风机的功率为24kw试验过程中风机是连续运行的,因此这部分散热量按瞬时冷负荷计算。

  3计算结果与分析建筑墙体和屋顶的聚氨酯泡沫保温层在不同厚度的情况下,该试验室冬季工况和夏季工况的空调冷热负荷的模拟计算结果见夏季工况下(保温厚度为100)空调累计冷负荷组成见夏季工况下累计热负荷为0对这些计算结果的分析如下空调热负何分析夏季工况下,空调系统累计热负荷为0不需要加热。冬季工况下,由可见,当保温厚度小于100"时,空调系统需要加热。当保温厚度大于10mm时,空调系统也不需要加热。

  (2)建筑保温对夏季工况空调能耗的影响增加会使空由可见,在夏季工况下,保温厚度对空调能耗的影响很小,调能耗稍有增加,保温厚度为250时的空调累计冷负荷比保温厚度为50时仅增加1%.由可以看出,在夏季空调累计冷负荷中,灯具的累计冷负荷最大,循环风机的累计冷负荷也较大,围护结构则起到散热作用。由于夏季工况室内外温差较小,与灯具负荷相比,围护结构传热量的数值很小,因此围护结构保温性能对夏季空调负荷和能耗的影响很小。

  (3)建筑保温对冬季工况空调能耗的影响由于该建筑物室内灯具的发热量很大,因此即使在冬季工况,需要的供冷量远大于需要的加热量,冷却仍是空调系统的主要任务。在冬季工况下,当保温层厚度小于lOOmm时,保温厚度增加会使空调累计冷负荷增加,而使累计热负荷减小。当保温层厚度超过100时,累计热负荷为0保温厚度增加,对加热能耗没有影响,但使冬季和夏季工况的空调冷却能耗增加,因此保温厚度不应超过10mm由于冬季工况可以利用室外免费冷源进行冷却,冬季工况节能的主要目标是减小空调系统电加热量,因此合理的保温厚度应为100建筑保温厚度为10mm时,夏季工况和冬季工况下的空调冷负荷逐时变化情况见和由这些计算结果可见,无论是冬季工况还是夏季工况,试验时间为13:00时,空调冷负荷均为最大。因此在试验时,将试验的初始时间设置在下午4:00则空调冷负荷最大时刻出现在凌晨5:00这是室外气温最低的时间,可以充分利用室外自然冷源,进行通风冷却,以减少空调能耗。

  试验时间/h冬季工况下空调冷负荷Fig.试验时间/h夏季工况下空调冷负荷Fig. 4结语太阳辐射试验室具有室内灯具发热强度大、室温和灯具发热量变化大、围护结构热工状况变化复杂的特点,提高其建筑围护结构保温性能对于减少空调能耗是否有利这是太阳辐射试验室设计工作中一个没有解决的重要技术难题。本文采用计算机模拟分析的方法,对建筑保温性能与空调冷热负荷和能耗的关系进行模拟分析研究,研究结果表明:由于灯具的发热量很大,即使在冬季工况,需要的供冷量仍然较大,而需要的加热量较小,建筑保温性能增强会使空调加热能耗减少,但却会使空调冷却能耗增加,因此盲目增加保温厚度,不仅会使建筑保温的一次投资增加,而且会使空调总能耗增加。对于所研究对象。当建筑围护结构聚氨酯泡沫保温层的厚度大干100时,保温层厚度增加会使空调r994-2UT6CnmaAcaaemicoumaTErectromc总能耗增加,保温层的合理厚度为10mm这些研究结果为太阳辐射试验室建筑保温设计提供了重要依据。

(完)

 
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