《建築室內熱濕環境非均勻特性的熱學基礎研究》是依託清華大學，由劉曉華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：建築室內熱濕環境非均勻特性的熱學基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：劉曉華
- 項目類別：青年科學基金項目
- 批准號：51006058
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
建築室內熱濕環境控制的本質是將室內多餘的熱量和濕度排除到室外的熱濕傳遞過程。由於室內的產熱源和產濕源是不均勻的，使得目前將建築室內作為統一處理對象，由統一冷源製取冷量送入室內的室內環境控制模式造成了不同品位熱量的混合損失。如何描述這種混合損失，如何評價不同室內產熱源、濕源的品位及天然冷源可利用情況，如何設計理想的空調末端，以充分利用天然冷源、並降低室內熱濕環境處理過程的混合損失，這些問題是室內環境控制的核心問題。本課題在於建立一套針對建築室內非均勻熱濕環境的熱學分析方法，能描述室內不同產熱源、濕源的品位特徵，以室內熱源、濕源形成的溫度場、濕度場為分析基礎，對各種空調末端方式的混合損失進行定量評價，發展以最小混合損失為目標的室內熱濕環境分析理論，指導天然冷源的利用及理想室內空調末端的最佳化設計，為空調末端方式的設計、評價提供理論基礎，研發新型的空調末端裝置，降低熱濕環境控制系統的能耗。
結題摘要
本項目針對建築室內熱濕採集過程的基礎科學問題開展研究，以包含熱源和濕源的普通辦公室、高大空間建築和僅含熱源的信息機房三類典型建築環境為分析對象，研究建築室內各種產熱源、產濕源特性，構建了從產熱、產濕源頭到空調末端方式處理過程的熱學分析方法，對各種空調末端方式的混合損失進行定量評價，發展以“最小混合損失”為目標的室內熱濕環境分析理論，指導冷源的高效利用和室內空調末端的最佳化設計。 主要研究工作及解決的主要科學問題包括：1、室內熱濕環境不均勻性理論分析：基於實際建築中的產熱、產濕源特性刻畫了室內溫度、濕度場的不均勻特性，分析了品位對系統性能的重要影響；分析了理想排熱效率和理想排濕效率，以及建立在室內不均勻熱濕環境基礎之上的溫濕度獨立控制系統效率；分析實際系統效率與理想效率之間的巨大差異，指出減少熱濕採集、處理過程中消耗溫差ΔT的重要性。2、熱濕採集處理過程的熱學分析方法：在分析比較各種評價熱、濕品位的熱學參數——熵產或火用分析、火積理論的適用性和適用範圍基礎上，選擇採用“火積”參數對建築熱濕環境營造過程中熱量傳遞和混合損失過程進行量化描述；給出了典型傳熱過程的火積分析方法，利用火積耗散定義的熱阻，為最佳化傳熱過程提供了重要指標。3、辦公建築室內熱濕環境構建方法：刻畫了常規空調系統同時調節室內溫度、濕度導致的損失，基於減少熱濕環境營造過程損失的理論分析，給出了溫濕度獨立控制空調系統解決方案，採取不同手段分別滿足室內溫度、濕度調節需求；實際辦公建築的套用效果表明該新型空調系統可大幅提高能源利用效率。4、典型高大空間及信息機房套用研究：基於高大空間熱濕環境及溫濕度場特性分析，採用熱學分析方法構建了適用於高大空間建築的氣流組織和空調系統新形式，闡明了套用輻射供冷方式的關鍵問題；基於熱學理論分析了數據機房室內空間混合損失情況，明確了避免室內摻混損失是提高排熱效率及利用自然冷源的關鍵，提出了可大幅減少室內摻混損失的排熱最佳化方案。 基於上述研究成果，本項目建立了分析建築室內非均勻熱濕環境的理論研究方法，並以減少熱濕採集的混合損失為原則研發新型排熱、排濕方式與裝置，取得了比目前空調系統節能30%以上的良好效果。相關研究內容共申請國家發明專利3項（已授權1項），發表論文16篇（其中SCI檢索8篇），入選教育部新世紀優秀人才支持計畫（2011）和國家萬人計畫-青年拔尖人才支持計畫（2013）。
