间歇采暖空调房间的动态热响应机理与围护结构优化设计方法研究

China's current building energy codes and standards are built on the building thermal environment and the prediction theory of energy consumption, which is based on the whole space building and the continuous operation of centralized heating and air-conditioning. But in reality, it is very common that the heating and air-conditioning unit used in household is controlled independently by the family, operated intermittently only for the local space. Aiming to this research's blind plot about energy consumption behavior of basic space building and building thermal process mechanism of intermittent operation, a room is closed to be the object and researched theory problem about room building thermal process modeling is, which is more difficult than the whole building modeling, due to more complex adjacent room conditions, the original inside palisade structure becoming envelope structure, a big increase of building shape coefficient comparing to the whole building and so on. The impact mechanism of various factors is analyzed on the dynamic thermal process of the room, indoor thermal comfort and energy consumption characteristics. Meanwhile, we research the effect of the thermal resistance, heat capacity, multi-layer structure of internal and external retaining structure on air temperature, inner surface temperature and thermal comfort and rule of heat emission characteristics and load energy consumption. And on this basis, optimization design method is explored about the internal and external retaining structure and improving way is sought about building energy efficiency standard for lots of intermittent heating and air-conditioning buildings.

我国现行的建筑节能法规和标准体系,是建立在整栋建筑、集中采暖空调且连续运行的建筑热环境与能耗预测理论基础上的。但现实中，局部空间分室分户控制、间歇运行的采暖空调模式却十分普遍。本项目针对建筑能源消费行为的基本空间、间歇运行的建筑热过程机理的研究盲点，提出以房间为对象，研究在采暖空调间歇运行条件下，邻室条件变得更为复杂、原来的内围护结构变为房间的准外围护结构、房间体形系数较整栋建筑骤增等诸多因素耦合而使房间建筑热过程比整栋建筑更难建模的理论难题，分析各种因素对房间的动态热过程、室内热舒适性及负荷能耗特征的影响机制；研究间歇模式下房间内外围护结构热阻、热容、多层构造方式等对房间气温、内表温度、热舒适性的影响，及其蓄热放热特征和负荷能耗规律；在此基础上，探索大量存在的间歇空调采暖建筑的内外围护结构设计优化方法和相关建筑节能标准的完善途径。

我国现行的建筑节能法规和标准体系，是建立在整栋建筑、集中采暖空调且连续运行的建筑热环境与能耗预测理论基础上的。但现实中，局部空间分室分户控制、间歇运行的采暖空调模式却十分普遍。本项目针对局部空间、间歇运行的建筑热过程机理的研究盲点，提出以典型局部空间——房间为对象，通过问卷调查、理论分析、实验以及数值模拟等研究方法，对采暖空调典型间歇模式下房间动态热响应特性及内外围护结构设计优化方法等内容开展了研究。.首先，建立了单元房间的热平衡数学模型，推导出温变指数来表征房间空气温度的热响应速率，并进一步提出了间歇空调采暖过程中围护结构和室内空气的双容耦合模型。然后，采用问卷调查的方式，得到了我国居住和办公建筑的空调间歇运行典型模式。并从理论上分析了典型的间歇运行工况下多层围护结构材料的导热系数、厚度、比热容及内表面对流换热系数等因素对墙体热响应速率的影响，及其对室内热环境舒适性的影响。再次，搭建了墙体动态热响应测试平台，实验测试分析了采暖空调不同典型间歇运行工况下复合现浇外保温墙体、发泡混凝土墙体、外保温墙体、夹心保温墙体、内保温墙体、自保温墙体及多种复合PCM的相变墙体等16种构造形式外墙墙体的内表面温度和热流的动态热响应速率。最后，通过实验和数值模拟，研究了典型外墙及内围护结构的动态热响应特性，以及内饰面材料特性对墙体内表面动态热响特性的影响，为间歇模式下建筑内外围护结构节能设计方法提供一定借鉴参考。.通过项目4年的执行，课题组已完成申报书中提出的各项研究任务。围绕项目研究内容开展，课题组共发表论文22篇，其中SCI 7篇，EI 8篇；发明专利5项 ；培养研究生8人，其中博士4人、硕士4人；出版专著2本等，超额完成了项目任务书中签订的各项指标。部分研究成果在十三五国家重点专项川西空气源热泵供暖示范工程及川大校园节能改造项目中得到了应用，取得良好的社会效益。