[发明专利]一种建筑围护结构热工性能综合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑围护结构热工性能综合控制方法，具体地说是通过测量室内外环境的空气温度、相对湿度和太阳辐射，连同建筑围护结构热物性数据，建筑结构几何参数，汇聚后传输到中心处理器，经综合计算获得建筑围护结构的温度分布，通过外墙保温和窗户的内外遮阳，控制围护结构的昼夜温差不超过材料的允许温差，从而达到控制建筑围护结构热工性能的目的。

背景技术

居住建筑包括住宅、宿舍、旅馆等建筑形式，其中住宅约占居住建筑的92％。我国的住宅一直是高消费和高污染的产品，能源利用率及土地资源利用率等远远低于发达国家。特别是在经济基本建设的高速发展阶段，认真分析气候条件，考虑建筑形式和材料是否与当地气候相适应的建筑越来越少。建筑节能是空调采暖系统节能的基础，解决好建筑设计构思和节能的矛盾是设计水平的体现。平面、朝向、窗户结构和材料的确定，以及挑檐的处理，对建筑室内热环境和系统节能都起到重要的作用。在目前的居住建筑设计中仍然非常缺乏优化物理环境的措施及定量化指导方法，某些建筑的不良设计等因素，致使其基础热环境极差。

发达国家由于科学技术的进步和长期的工业文明的影响，在办公室、住宅、旅馆、医院等居住建筑中，广泛采用高气密性的空调房间。通过空调设备等人工控制手段，虽然可以使室内气候达到绝对舒适的标准，但是却导致了所谓“病态建筑”(sick Building)的产生，在这样的建筑中长期停留，人体会出“病态建筑综合症”(sick Building Syndrome)，这种情况引起了全世界广泛的关注。在尽量减少能耗和污染的条件下，提供健康、舒适、可承受的居住和工作环境就成为人们追求的目标。

当前中国经济正处于一个高速发展时期，人口仍处于增长状态，并且大量的农村人口涌入城市使城市人口的增长不断加快，越来越多的家庭渴望更高的生活标准，大空间、高标准装修及舒适的室内温度是人们对家居的追求，这使得购买空调设备似乎成了当今唯一的改善居住环境的措施和时尚。完全依靠采暖空调设备来维持室内热环境，人们长期处于稳定的室内气候下，会降低人体对气候变化的适应能力，而大多数空调房间都存在不良通风造成的室内空气品质问题，不利于人体健康。因此目前迫切需要在居住建筑设计过程中引入建筑热环境的测评，以保护居住者的身体健康，提高我国的住宅节能水平。

然而，现有的居住建筑热工性能的测评主要是对建筑各部件的热工性能进行单项测评。单项测评方法是检测居住建筑的体形系数、朝向、窗墙比；检测建筑墙体、屋面、门窗等部件的热工参数。然后逐一核对这些参数是否符合建筑热工规定，由此来评价居住建筑热工性能是否符合要求。显然，这种方法只能罗列建筑各部件的性能参数，没有建立起建筑整体性能的表征参数和测评方法，不能将各部分性能参数的有机地结合起来描述建筑围护结构的热工性能。虽然近来出现了用检测居住建筑室外干球温度和室内干球温度并折算为夏季热亲和时间、夏季热抵御时间和冬季热抵御时间，以此测评居住建筑热工性能的方法。但是，这种建成后测评的方法无法与建筑的设计方案相结合，即使分析发现问题，对已有设计的改造必然带来很大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种针对前述现有建筑围护结构热工性能控制存在的问题，本发明提供一种建筑围护结构热工性能综合控制方法。

本发明通过测量室内外环境的空气温度、相对湿度和太阳辐射，连同建筑围护结构热物性数据，建筑结构几何参数，汇聚后传输到中心处理器，经综合计算获得建筑围护结构的温度分布，根据计算温度分布确定控制措施。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

建筑围护结构热工性能综合控制方法，包括如下步骤：

(1)用太阳辐射传感器、温度传感器和湿度传感器采集围护结构外部的太阳辐射、室外的空气温度和湿度、室内的空气温度和湿度；

(2)根据地方的经纬度和计算时节确定太阳方位，用光投影法计算建筑间或遮阳结构形成的阴影面积，进而计算围护结构外表面的辐射热流；

(3)设定初始时刻围护结构的温度，根据测量的室内外空气温度和湿度计算围护结构内外表面的对流和辐射热流；

(4)建立沿围护结构厚度的一维非稳态导热过程模型，根据步骤(3)设定的围护结构初始温度和边界热流，计算围护结构内部的温度场；

(5)重复步骤(3)和(4)计算一个时间段内各时刻，围护结构的温度；

(6)计算各部分建筑围护结构的昼夜温差，并与墙体材料的允许温差比较；