1、,建筑空调负荷计算与建筑非稳定传热分析Building Cooling Load Calculation & Application of Building Simulation,主要内容,一、建筑空调负荷计算(Building cooling Load Calculation)1、建筑空调负荷计算的发展过程2、目前的空调负荷计算方法3、国内空调负荷计算方法应用情况 二、建筑围护结构非稳定传热分析 (Building Transient Heat Transfer Analysis)1、围护结构非稳定传热分析方法2、频域回归方法3、方法的应用状况,建筑围护结构非稳定传热分析，是空调负荷计算和建
2、筑仿真的理论基础和重要组成部分。,建筑空调负荷计算的发展过程,第一个阶段，稳态传热计算时期 1911年，空调之父Carrier发表了合理的温湿度公式和绝热饱和理论开始； 不区分房间得失热量和房间冷热负荷两个不同概念； 把稳定传热得热量直接当作房间冷热负荷。,第二个阶段：准稳态传热计算时期,Mackey 和 Wright于1944、1946年发表了关于周期热流计算的文章，提出当量温差法：前苏联在1952年出版的周期热作用下的传热中提出了谐波反应法 ； 仍未区分房间的得失热量和房间冷热负荷。,第三个阶段：动态负荷计算时期,反应系数法与 z传递函数法(TFM) ：Stephenson和 Mitala
3、s于1967和1972年提出； 热平衡方法：空调冷热负荷的一种精确计算方法，它是通过求解房间的热平衡方程来计算冷热负荷的； 辐射时间级数(RTS)方法：基于冷热负荷计算是以气象参数周期性地作用于围护结构的这一假设条件。 * 有学者认为：空调系统动态负荷模拟与能耗分析(HVAC System Simulation and Energy Analysis ), Building Simulation为第四个阶段:1979(DOE-2, TRNSYS, Energy+，HVACSim, etc.),目前的空调负荷计算方法,1、反应系数法(Response Factors Method)和z传递函数法
4、(Transfer Function Method，TFM)2、辐射时间序列法(Radiant Time Series Method, RTSM),传递函数法,辐射时间序列法概述,国内空调负荷计算的应用情况,国内60年代才开始有空调应用，空调负荷计算以前苏联的谐波反应法为基础。 1978年研究自己的空调负荷计算方法。1982年确立，包括气象参数、窗玻璃光学性能、冷负荷系数法、谐波反应法及供暖负荷五个部分。一直被使用。 2001年颁布冬冷夏热地区居住建筑节能设计标准，要求用动态计算方法计算空调负荷，推荐用DOE-2和DEST等软件计算。正在考虑开发基于辐射时间序列方法（RTSM）的计算软件。 目
5、前，已经开发了国内常用墙体和屋顶的传热传递系数和周期反应系数等基础数据表。,二、建筑非稳定传热分析,通过围护结构的传热得热是空调负荷和建筑能耗的重要组成部分； 冬冷夏热地区气温和太阳辐射的变化较大，建筑围护结构处于非稳定传热状态； 建筑非稳定传热分析是建筑空调负荷计算、空调系统模拟、建筑能耗模拟、建筑节能性能评价的基础； 它的创新决定着负荷计算或能耗模拟方法的发展和进步。,建筑非稳态传热分析的目的,建筑非稳态传热分析方法,数值分析方法：偏微分方程+有限差分法法（1965，Brisken and Reque） 谐波分析法：周期室外气象参数+傅立叶级数展开(1944, Mackey and Wri
6、ght，前苏联) 反应系数法: 求墙体对单位三角温度的响应的逐时值 传递函数法: 求墙体对单位三角温度的响应的z-变换,反应系数和z-传递函数的计算方法,1、直接求根法(Direct Root-finding Method)：(经典方法)( Stephenson and Mitalas 1967, 1972； Harris and Mcquiston 1988)传热偏微分方程+拉普拉斯变换 传热超越型s-传递矩阵 特征值(特征根) 拉普拉斯逆变换 单位温度三角波响应 逐时离散值(反应系数)或Z-变换(z-传递函数)。(易丢根导致计算错误),反应系数和z-传递函数的计算方法,2、状态空间法(St
7、ate Space Method)：(Jiang Yi, 1982; Ouyang and Haghighat,1991；etc.); 传热墙体偏微分方程 状态空间模型 矩阵幂级数展开 Leverrier-Faddeeva变换 z-传递函数系数。(大矩阵的幂级数分解计算，迭代计算时间长),反应系数和z-传递函数的计算方法,3、时域法(Time Domain Method)：( Davies 1996,1997)单层墙体偏微分方程和傅立叶方程 温度激励响应(斜坡激励)+零时瞬态响应 逐层演推 反应系数和z-传递函数系数。(需要逐层演推，且求多个时间延迟的迭代计算时间长),反应系数和z-传递函数的
8、计算方法,4、频域回归法Frequency Domain Regression (FDR) Method：( Youming Chen & Shengwei Wang, 2000,2003)墙体传热传递矩阵（超越型s-传递函数） 理论频率响应特性 多项式s-传递函数 拉普拉斯逆变换（Z变换） 反应系数、周期响应系数、z-传递函数系数。(计算简单，不会出现错误结果。但多项式的项数和频率点数对计算精度有影响。),频域回归法 (FDR Method),1、传热传递矩阵,a、平板墙体,b、圆柱形墙体,c、圆柱形墙体,频域回归法 (FDR Method),2、理论频率响应特性用j代替墙体传热传递矩阵的拉
9、普拉斯变量s， 为频率，j为复数理论频率响应特性G( )。计算时，先计算墙体每层的传递矩阵的复频率函数，通过矩阵乘积来得到理论频率响应特性G( )。,，,频域回归法 (FDR Method),3、多项式s-传递函数,，,通过回归方法（简单的矩阵计算）,频域回归法 (FDR Method),4、拉普拉斯逆变换,，,频域回归法 (FDR Method),5、离散或z-变换,a. 反应系数,b. 周期反应系数,c. z-传递函数,频域回归法 (FDR Method),6、变时间步长的模拟模型 (Building Simulation),，,a.,b.,多项式s-传递函数,频域回归法 (FDR Method),Jeffrey Spitler，Oklahoma State University,1999 为配合辐射时间序列方法的应用，应用 Harris and Mcquiston(1988)计算出的导热传递函数系数计算出ASHRAE的41种典型墙体结构和42种典型屋顶结构（ASHRAE Handbook of Fundamentals ）的周期反应系数。 他发现有7种墙体和屋顶的结果是错误的。他又用Seem(1989)的方法再次计算这些墙体和屋顶的周期反应系数，仍然是错误的。 检验方法是：,7、应用举例: 计算周期反应系数,
