梭形遮阳翻板太阳散射辐射传输计算模型及程序实现

取相邻2块遮阳翻板为研究对象,建立了梭形翻板散射辐射传输的计算模型.在模型分析基础上,用MATLAB编制了能描述翻板形状、尺寸、倾角、表面光学特性的梭形翻板散射辐射传输计算程序,验证了程序的正确性,并进行了翻板划分段数的敏感性分析.认为翻板散射辐射透过率的相对误差随翻板划分段数增加而减小,划分段数超过8时,计算结果基本不再发生变化.最后,分析了传统计算方法和程序对梭形翻板进行平板假设所带来的误差,认为用"平板假设模型"计算梭形翻板有一定的误差,误差值随着翻板倾角增加而增大.     

秦巴山地建筑外窗遮阳与自然通风耦合作用对夏季室内热环境影响分析

提高建筑室内热舒适度和降低建筑能耗是实现建筑可持续发展的主要途径。针对秦巴山区传统建筑夏季室内湿热现象,为改善室内热环境,提出对窗口加设遮阳构件,考虑遮阳与自然通风对室内热环境的耦合作用,对遮阳构件进行优化设计。首先利用Ecotect软件,模拟分析了常见遮阳构件、不同参数下的遮阳百叶对南向窗口太阳辐射的影响,得出百叶构件对综合辐射的遮挡效果最好。其次,利用三维有限元软件ANSYS CFX分析了不同叶宽及倾角下百叶构件对自然通风的影响,得出当采用叶片宽度为200 mm,倾角为30°的遮阳百叶时,建筑自然通风潜力最大。最后,综合考虑百叶构件与辐射得热量及自然通风的耦合关系,建议选用百叶宽度为200mm,倾角为30°的遮阳构件,遮阳系数达0.3,可有效遮挡南向窗口70%的太阳辐射得热量,同时通风潜力大幅提升。     

梭形翻板太阳直射辐射传输计算模型及实现

首先,取相邻2块遮阳翻板为研究对象,采用解析法建立直射辐射直接透过部分的计算模型,采用光线追踪法得到的反射次数和方向建立直射镜面反射部分的计算模型,采用净辐射法建立直射漫反射部分的计算模型;其次,在模型分析基础上,用MATLAB软件编制了能描述翻板形状、尺寸、倾角、表面光学特性的梭形翻板直射辐射传输计算程序;最后,分析了传统计算方法对梭形翻板进行平板假设所带来的误差,认为用"平板假设"模型的计算结果偏大,特别是在翻板开口朝向正对太阳光线入射方向时误差值最大,其余情况相对误差都在5%以上.     

透过遮阳系统的室内太阳辐射得热量实验研究

通过热量平衡原理搭建了室内太阳辐射得热量的测量装置,对透过装有遮阳系统窗户进入室内的太阳辐射得热量进行了试验研究.试验中通过测量电加热量、风机功率,计算风机盘管换热量、围护结构传热量得到室内太阳辐射得热量.并通过运用太阳辐射得热量计算理论模型进行了分析,对测试结果进行了验证.结果表明,测试值和模拟值吻合程度很好,该实验装置对透过装有遮阳系统的太阳辐射得热量的测试是可行的.同时通过测试结果发现,在上海地区11月上旬某典型日,特定的叶片角度下,采用遮阳系统后室内太阳辐射得热量可减少30%以上.     

双层皮幕墙内置遮阳百叶倾角评价方法

为了更加科学合理地动态调整双层皮幕墙(DSF)内置遮阳百叶的角度,满足自然采光和节能的双重需求,建立了受遮阳百叶倾角影响的室内综合得热量与平均采光系数的数学模型,通过对模拟结果的标准化处理和线性加权求和方法,建立了DSF内置遮阳百叶倾角评价模型.以长沙地区某建筑南向DSF为例,详细介绍了自然通风工况下,8:00至18:00时间段内,晴天及阴天典型日该双层皮幕墙百叶倾角评价模型的构建过程.通过模拟分析发现,长沙夏季晴天DSF遮阳百叶最佳倾角为82°,最佳倾角范围为73°~90°;长沙夏季阴天DSF系统遮阳百叶最佳倾角为0°,最佳倾角范围为0°~36°.     

不同方位角上太阳能集热器最佳倾角的确定

综合考虑太阳辐射量和热负荷的变化,以福州地区为例,分别以年最大得热量和年需最小辅助加热量为目标,计算得到不同方位角所对应的集热器最佳倾角.结果表明,正南朝向下,相较于以年最大得热量为目标确定的集热器最佳倾角,以年需最小辅助加热量为目标确定的集热器最佳倾角可节约11.7%的辅助加热量.方位角对集热器最佳倾角也有较大影响.当方位角的绝对值较大时,应采用较小的集热器倾角.     

流场与温度场耦合作用下对传统蒙古包建筑外表面对流换热的影响

为了研究室外空气温度、风速风向和太阳辐射耦合作用对供暖期传统蒙古包建筑外表面对流换热的影响。通过采用风速仪以及遮阳与非遮阳两套系统分别对建筑外表面进行了测试。研究了室外空气温度、风速风向以及太阳辐射对建筑外表面对流换热的影响规律。实验结果表明:遮阳系统可以有效地降低太阳辐射,进而减小建筑外表面的对流换热量;同时可以看出,建筑外表面对流换热系数与当地风速呈现指数关系,对流换热系数随风速的增大而增大。研究可以为内蒙古地区传统蒙古包建筑的能耗分析,以及模拟地区风环境和热环境的边界条件提供依据。     

建筑多孔饰面砖蒸发降温的风洞实验研究

采用热湿气候风洞复现广州地区夏季典型气象日环境,研究两个相同试件在补水和不补水状态下的热量传递过程.研究结果表明:试件补水后蒸发降温效果显著,与不补水试件相比,补水试件的外表面最高温度和内表面最大热流分别降低10.9℃和14.8 W/m2,同时,补水试件的平均热阻比不补水试件的平均热阻增大约1倍,隔热效果显著增加.此外,研究过程中引入土壤学的Penman-Menteith蒸发量计算模型,结合实测数据对该模型中的参数进行修正,将总蒸发量分解为热力蒸发量和动力蒸发量,分析三者的变化规律,采用逐时蒸发量数据计算试件外表面的热量平衡方程.计算结果表明:蒸发过程可以消耗约64.5%的入射短波辐射热量,在夏季,蒸发过程可以显著减少建筑外表面的太阳辐射的热量,降低表面温度,减少进入房间的热量,从而节省空调能耗.     

窗口遮阳构件尺寸的计算研究

窗口遮阳是夏季改善室内热环境质量非常有效的建筑技术措施.文章通过对窗口遮阳构件尺寸的计算方法进行分析,指出其存在的某些问题.对这些问题进一步分析研究,补充完善了具有实际意义的计算方法.     

考虑界面倾角及分形特性的组合煤岩体强度及破坏机制分析

为深入研究分界面对组合煤岩体力学行为的影响,设计25个不同界面分形维数及倾角的组合体试验模型,运用RFPA软件对其力学特征及破坏机制进行数值试验研究。计算结果分析表明:界面倾角及分形维数对组合体的破坏强度、破裂形式、弹性模量及损伤有明显的影响:随界面倾角增大,破坏强度逐渐降低,组合体的破坏形式由煤样内部剪切破坏逐渐转变为煤样分界面滑移破坏;随界面分形维数的增加,破坏强度与弹性模量均逐渐增大,并且界面倾角越大,界面分形特征对组合煤岩体弹性模量的影响程度越大;随着分形维数的增大,组合煤岩体的损伤值逐渐降低,两者呈上凸形二次曲线的函数关系,且分形维数越大,损伤值降幅也越大。     

建筑南窗的节能分析

通过对不同地点、不同类型窗净得热量的计算分析,指出窗户的面积窗墙比应根据窗户的净得热量计算结果而定。若窗户净得热量为正,则窗户为得热部件,增大窗墙比有利于节能;若窗户净得热量为负,则窗户为失热部件,增大窗墙比不利于节能。     

外遮阳和SC-EAHE自然通风系统对室内热环境改善效果实验研究

在“双碳”目标背景下,建筑被动节能措施逐渐成为国内外学者关注的热点之一。基于太阳能烟囱与地埋管耦合系统(SC-EAHE)对有无外遮阳措施的自然通风与降温效果进行对比测试分析。实验结果表明,SC-EAHE系统单独作用时,通风量最高为206.7 m³/h,实验房间温度维持在25.9～27.7℃,与对比房间最大温差达1.6℃;与遮阳措施共同作用时,外遮阳有效降低了窗户的得热量,玻璃内表面温度下降明显,最高可达7.7℃,通风量最高达217 m³/h,实验房间与对比房间室内温度最大差值达2.8℃。由此可见,外百叶遮阳的应用不仅可以阻挡太阳辐射进入室内,还可有效降低玻璃窗本身温度,减少室内外温差传热,从而降低建筑冷负荷,对室内热环境的改善效果更为显著。     

考虑气温变化影响的引水渠道水内冰演变数值模拟

高寒地区冰害问题是关系到引水式水电站能否正常运行的关键问题.为此,建立了三维非稳态Euler-Euler两相流k-ε紊流模型,在动量方程中考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力,在热量传递方程中考虑了冰水之间的热量传递以及太阳辐射、有效辐射、蒸发热损失和水面对流热损失等.以新疆某水电站引水渠道为例,模拟分析了气温变化条件下流速、水温、冰温及冰体积分数的沿程分布.结果表明:水温沿程先降低后增大,沿程出现最低点,冰温沿程逐渐增大;冰体积分数沿程存在突变点,且突变点在水温最低点附近;随着气温降低,最终的产冰量和冰体积分数逐渐增大.讨论了太阳辐射、有效辐射和蒸发热损失对水内冰分布的影响,并通过与吴剑疆等的黄河上游河道中水内冰演变计算结果及经验公式计算产冰量的对比分析,验证了模型的可靠性.     

遮阳式光伏新风系统性能模拟与优化

对一种新型遮阳式光伏新风系统进行研究,该系统在夏季利用光伏板发电的同时为建筑遮阳,在冬季则可以利用光伏板余热加热新风.采用类区域方法建立了遮阳式光伏新风系统的光电光热转换模型,并采用实验数据对系统模型进行验证,在此基础上对遮阳式光伏新风系统进行优化.研究表明:随着新风量增大,光伏板发电效率、新风得热量与集热效率增大,新风温升与送风温度减小;系统发电效率和集热效率随太阳辐照强度的增大而增大.本文研究的遮阳式光伏新风系统能够有效实现太阳能发电、建筑遮阳和新风加热功能,为建筑节能提供一种新方法.     

厦门地区固定式集热器最佳倾角分析

为了确定厦门地区集热器的最佳倾角,以年集热量最大、年辅助热量最小为目标,利用Visual Basic语言,计算得到最佳倾角分别为18.2°和39.1°,对这2种倾角与采用厦门纬度24.8°为倾角时全年各月太阳能集热量进行比较,同时在实验平台上研究了倾角对得热量的影响。结果表明:固定式集热器正南朝向时,得热量应与全年各月热水负荷相匹配,倾角采用39.1°时,秋冬季得热量最多,年辅助耗电量最小。该结果可为厦门地区太阳能系统的设计与安装提供理论依据。     

列车空调变负荷影响和变频技术应用研究

通过对列车车体、车窗、新风、人体以及设备5部分传热量总负荷的计算,得到总负荷随着列车运行环境和乘客数量变化的规律.提出采用变频压缩机,通过改变压缩机转速以使得实际热负荷与机组的冷负荷尽可能保持一致.用MATLAB编程,分析计算环境温度、太阳辐射强度和乘客数量等因素对实际所需的变频压缩机转速变化的影响.得到相比于太阳辐射强度,乘客数量的变化对车厢负荷和压缩机转速影响较大的结论.     

U形和弧形底梯形渠道衬砌冻胀力的统一解

依据渠道防渗工程技术规范(GB/T 50600—2010)中的规定和说明可知,整体U形渠道衬砌和弧形底梯形渠道衬砌结构的力学计算简图相似,综合考虑渠道衬砌板厚、坡板长、半径和坡板倾角对渠道冻胀内力的影响,基于线弹性力学理论建立了整体U形和弧形底梯形砼渠道衬砌冻胀内力的统一计算模型。利用计算模型的解析解分析了不同因素对整体U形和弧形底梯形渠道衬砌的最大拉应力、最大拉应力位置、法向冻结力和法向冻胀力的影响规律及其敏感性。模型计算结果表明,整体U形砼渠道衬砌最大拉应力的主要影响因素为坡板长和板厚,而弧形底梯形砼渠道最大拉应力的主要影响因素为坡板倾角和坡板长。针对渠道衬砌冻胀破坏的主要原因是冻胀最大拉应力超过了渠道衬砌材料的容许拉应力这一问题,借助该模型给出了确定整体U形和弧形底梯形渠道衬砌最佳厚度的规则和方法。建议进行渠道衬砌设计时,在满足断面流量和经济的前提条件下,整体式U形渠道衬砌可采用"短坡厚板"的设计思想,弧形底梯形渠道衬砌则采用"缓坡短板"的设计思想。     

北外窗遮阳的必要性及遮阳设施的优化选择

首先分析了在空调季上海、厦门两地建筑各朝向表面的太阳直射和散射分布;其次,建立遮阳建筑模拟分析模型,利用Energy-plus软件,分析不同尺寸的固定遮阳板、不同性能的外遮阳卷帘以及不同倾角下的百叶对建筑北向房间的太阳辐射得热和建筑采光的影响,并对各种遮阳设施进行眩光分析,发现使用固定遮阳板和卷帘的眩光总小时数较多;最后,模拟分析北向房间外窗采用不同遮阳设施的全年建筑照明能耗和空调能耗;结果表明,上海地区北外窗采用中反射率中透过率的卷帘节能效果最明显,可调百叶节能效果与卷帘接近,固定遮阳板节能效果不明显;厦门地区北外窗采用可调百叶节能效果最明显,高反射率低透过率的卷帘次之,固定遮阳板节能效果最小;综合考虑节能效果和眩光,上海和厦门两地采用可调百叶遮阳效果最好。     

实际气候条件下气凝胶玻璃光热特性实验研究

在实际气候条件下搭建气凝胶玻璃-中空玻璃对比实验平台,对比测试两者在相同气候条件下辐射、照度、温度等参数,分析气凝胶玻璃在实际气候条件下的采光效果和节能潜力.辐射分析表明,太阳辐射透过气凝胶玻璃进入室内后几乎全为散射辐射,且相比中空玻璃全天减少约45%的太阳辐射得热.照度分析表明,天气越晴朗,气凝胶玻璃的采光效果越好.温度分析表明,相比于中空玻璃,由于气凝胶对太阳辐射的吸收作用,气凝胶玻璃系统各层壁面温度较高,且室外太阳辐射越强,各层壁面温度越高.能耗分析表明,夏季晴天透过气凝胶玻璃的总得热量比中空玻璃减少37%.     

不同气候区遮阳控制策略的节能与舒适度优化

遮阳设计是影响建筑能耗及室内光热舒适度的重要原因之一,开启遮阳系统可以减少太阳辐射,降低夏季制冷能耗,减少眩光问题,但同时会导致更高的照明能耗及冬季的供暖能耗.为研究中国寒冷地区和夏热冬暖地区酒店建筑典型遮阳控制策略的节能潜力和环境舒适度,采用Comfen软件模拟量化不同气候区下3种遮阳形式及10种控制策略对能耗及舒适度的影响规律,通过制冷、供热、照明能耗和总能耗、光、热舒适度以及综合优化指数来评估其性能.模拟结果表明:遮阳控制策略会影响建筑能耗和室内舒适度,根据不同优化目标给出其对应的最优控制策略,两气候区对遮阳策略与设计的选择也有所不同,通过分析其差异,为遮阳系统设计提供参考建议.