大空间分层空调辐射转移热特性规律研究★

赵子文 吕留根 杨飞鸿 陈佳琦 汤 鑫 杨 恒 郑 晨 叶春艳

(嘉兴学院建筑工程学院，浙江 嘉兴 314001)

1 概述

大空间建筑常采用分层空调，通过室内气流组织将室内空间分隔成人员活动的下部空调区和上部非空调区，从而使空调送风区域大大减少，空调能耗显著降低。同时由于空调送风首先进入人员活动空调区域，使得人员活动环境的空气品质得到改善，因而又具有改善室内空气品质的特点[1，2]。

大空间采用分层空调营造热环境，其最大的特点即室内空气垂直温度分层、梯度明显。从整个分层空调室内热环境形成机理出发，上部非空调区域向空调区域转移的热量主要包含壁面温差引起的辐射转移热和空气温差引起的对流转移热[3，4]。本文以辐射转移热为对象，对大空间分层空调辐射转移热特性规律进行讨论与探究。

2 辐射转移热计算方法及计算工况

2.1 大空间典型结构及辐射转移热计算方法

大空间建筑分层空调典型特征为室内环境分为上部非空调区和下部空调区，以典型大空间建筑为研究对象，如图1所示。其主要结构参数为长度a，宽度b，高度H和分层高度H1。其中，建筑长宽比为L=a/b。根据辐射传热模型，结合大空间的结构尺寸和热工参数，计算非空调区壁面与空调区壁面之间的辐射传热，即辐射转移热。

大空间建筑非空调区向空调区转移的辐射热，壁面温度是辐射换热量计算的基础，屋盖下表面附近空气或排风温度为：

t2d=twg+2 ℃～3 ℃

(1)

其中，t2d为屋盖下表面附近空气或排风温度，℃；twg为夏季空调室外计算干球温度，℃。非空调区的空气温度随着室外温度的变化而改变，不是一定值，可按下式确定。

(2)

其中，t2为非空调区温度，℃；tn为空调区设计温度，℃。根据围护结构传热平衡，各内壁面温度为：

θn=tn+KΔtzh/αn

(3)

其中，θn为内壁面温度，℃；tn为室内计算温度，空调区为t1，非空调区为t2，℃，式(3)可用于空调区和非空调区；K为围护结构传热系数，W/(m2·℃)；Δtzh为室内外综合温差，℃；αn为内表面放热系数，W/(m2·℃)，一般取8.72 W/(m2·℃)。

Qf=C1(∑Qid+∑Qfd)=C1{∑XidSiεiεdσ
[Ti4-Td4]+∑ρdXchdSchJch}

(4)

其中，∑Qid为非空调区各个壁面对地板的辐射换热量，W；∑Qfd为透过非空调区玻璃窗被地板接收的日射得热量，W；C1为空调区得热修正系数，取1.3；Xid为非空调区各个壁面对地板的角系数；Si为各非空调区壁面计算面积，m2；εi,εd分别为非空调区各个壁面和地板的表面材料发射率；σ为斯蒂芬孙—波尔曼兹常数，5.67×10-8W/(m2·K4)；Ti,Td分别为非空调区各个面和地板的绝对温度，K；ρd为空调区地板对太阳辐射吸收率；Xchd为非空调区外窗对地板的角系数；Sch为非空调区外窗面积，m2；Jch为透过非空调区外窗的太阳辐射强度，W/m2。

2.2 辐射转移热计算工况

选取建筑宽长比、分层高度、室外干球温度等因素，计算辐射转移热，计算工况见表1。

表1 辐射转移热计算工况

3 辐射转移热计算结果及分析

针对计算工况，计算大空间分层空调辐射转移热，结果如图2所示。由图2可得：随着建筑宽长比、分层高度、室外干球温度等8种参数的变化，非空调区对空调区的辐射转移热呈线性变化。其中，随着分层高度的增加，辐射转移热减小，这是因为分层高度增加引起非空调区壁面对空调区壁面角系数减小；同样，随着空调区设计温度的增加，辐射转移热同样减小，这是因为空调区设计温度增加引起空调区壁面温度的增加。随着建筑宽长比、室外干球温度、屋顶传热系数、壁面发射率、太阳辐射吸收率和太阳辐射强度的增加，辐射转移热均减小。其中屋顶传热系数、壁面发射率、太阳辐射吸收率和太阳辐射强度变化时，辐射转移热变化幅度较小。

4 结语

大空间非空调区对空调区的辐射转移热对分层空调负荷计算具有重要作用。本文研究了辐射转移热随建筑宽长比、分层高度、室外干球温度、空调区温度、屋顶传热系数、壁面发射率、太阳辐射吸收率和太阳辐射强度等8种因素改变的变化规律。研究成果对减少辐射转移热具有参考作用，在设计大空间建筑时，可以适当考虑这些因素，减少非空调区对空调区的辐射转移热，从而降低大空间建筑空调能耗。