一種建筑外墻熱特性指標(biāo)計算的新方法
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作者：張震
工程中普遍采用文獻(xiàn)[2]中推薦的簡化公式進(jìn)行計算，此公式是20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)什克洛維爾提出的n層板壁的近似計算公式[3]。
為評價文獻(xiàn)[2]中推薦的簡化公式的可靠性，采用理論計算方法對多種不同建筑外墻的熱特性指標(biāo)（衰減倍數(shù)和延遲時間）進(jìn)行了計算，并將計算得到的墻體周期性傳熱的衰減倍數(shù)和延遲時間與手冊中推薦的簡化公式計算結(jié)果進(jìn)行對比。文獻(xiàn)[2]中的熱特性指標(biāo)的簡化計算公式是基于周期24 h外擾作用的下得到。
理論計算法是通過對墻體非穩(wěn)態(tài)傳熱的偏微分方程進(jìn)行拉氏變換得到墻體熱力系統(tǒng)的傳遞矩陣，并采用傳遞矩陣計算出墻體在某頻率（周期24h）外擾作用下的頻域熱響應(yīng)，從而得到周期24h的正弦室外溫度波傳至墻體內(nèi)表面的衰減倍數(shù)和延遲時間。
1 簡化公式計算
文獻(xiàn)[2]中，對于不穩(wěn)定傳熱，熱特性指標(biāo)采用簡化公式計算，建筑墻體的總衰減倍數(shù)按式(1)計算：
2 理論計算
以室外溫度為墻體熱力系統(tǒng)的輸入，墻體內(nèi)表面溫度為墻體熱力系統(tǒng)的輸出，則單層墻體熱力系統(tǒng)的傳遞矩陣為：
特別的，對于含空氣夾層的壁體，壁體內(nèi)部的空氣夾層可視為純熱阻，而熱容為零，因此空氣夾層的傳遞矩陣為
墻體的傳熱頻率響應(yīng)是當(dāng)室溫保持為零時，墻1本對室外側(cè)不同頻率正弦波溫度波幅的衰減倍數(shù)和時間延遲。在給定室內(nèi)側(cè)溫度T(l，s)和室外側(cè)溫度T(0．s)的條件下，墻體內(nèi)表面處的溫度可經(jīng)式(4)變換推導(dǎo)得到。當(dāng)室溫T(l，s)=0，墻體內(nèi)表面溫度如式(5)所示：
3 墻體熱工特性
基于上述兩種計算方法，選取四種墻體進(jìn)行計算分析。選取的墻體來源于文獻(xiàn)[5]中的“Table 19”，表1中墻體2對應(yīng)文獻(xiàn)中1#墻體，表1中墻體4對應(yīng)文獻(xiàn)中12#墻體。其中墻體1、3是在墻體2、4的基礎(chǔ)上不含空氣夾層的墻體。各種墻體材料的熱物理性能參數(shù)參見表1。
4 計算結(jié)果與分析
在周期為
的周期性外擾作用下，采用手冊公式法和理論計算法，計算得到四種墻體的衰減倍數(shù)和延遲時間如表2所示。
文獻(xiàn)[5]中，1#}墻體（即本文墻體2）的延遲時間為1.3h，12#墻體（即本文墻體4）的延遲時間為7.25h。理論計算法得到的1≠}墻體的延遲時間為1.36h，12#墻體的延遲時間為7.23h，與文獻(xiàn)[5]中給出的延遲時間數(shù)值非常相近。
兩種計算方法計算的四種墻體的衰減倍數(shù)存在一定的差異，但相差不大，最大相對偏差為6.32%。兩種方法計算墻體1的延遲時間相差3.12%，而墻體2（含空氣夾層）的延遲時間相差12.26%；兩種方法計算的墻體3和墻體4（含空氣夾層）的延遲時間都存在較大差異，分別相差142.92%和125.68%。
5 結(jié)論
由計算結(jié)果可知，手冊公式法計算得到的衰減倍數(shù)、延遲時間與理論計算法的數(shù)據(jù)存在一定的差異，雖然兩種方法計算的衰減倍數(shù)差異不大，但是在延遲時間上存在較大差異，最大相差142.92%。墻體的衰減倍數(shù)與延遲時間是采用諧波反應(yīng)法計算通過建筑墻體逐時傳熱量時的重要參數(shù)，所以衰減倍數(shù)和延遲時間的計算選取會影響由建筑墻體傳熱導(dǎo)致的空調(diào)負(fù)荷的計算。由于采用手冊推薦的公式法計算墻體延遲時間會產(chǎn)生較大的偏差，因此建議在墻體延遲時間計算時采用理論計算法。
6摘要：
采用理論計算方法對多種不同建筑外墻的熱特性指標(biāo)（衰減倍數(shù)與延遲時間）進(jìn)行了計算，并將計算得到的結(jié)果與相關(guān)手冊中推薦的近似公式計算的結(jié)果進(jìn)行對比，分析了手冊推薦的簡化公式的可靠性。結(jié)果表明，兩種方法在計算衰減倍數(shù)時的偏差較小，而在計算延遲時間時的偏差很大。
