[发明专利]一种用于计算多区域建筑房间温湿度的数学模型

说明书

本发明公开了一种用于计算多区域建筑房间温湿度的数学模型，其建模过程包括以下步骤：(1)将建筑围护结构划分为两层结构；(2)将空调房间划分为送风区、工作区、回风区；(3)建立建筑围护结构各节点和内外表面的能量平衡方程；(4)建立送风区、工作区、回风区的能量平衡方程和湿度平衡方程；(5)对公式进行化简；(6)将单房间数学模型扩展到整个建筑的多区域数学模型。本发明在考虑空调系统运行和房间内外环境的情况下，利用RC网络方法分析和描述建筑围护结构的热传导过程，得到了一种满足研究和工程要求的数学模型，经过多次计算检验，本发明的数学模型能准确计算多区域建筑中房间的温湿度。

技术领域

本发明涉及一种用于计算多区域建筑房间温湿度的数学模型。

背景技术

HVAC系统是现代建筑中广泛使用的系统之一，占建筑物能耗的60％。如何在确保居住者热舒适的情况下，提高HVAC系统的能效对建筑节能意义重大。而且计算HVAC系统的能耗是HVAC系统进行节能优化控制研究的基础。因此，建立一个能准确计算多区域建筑房间温湿度的数学模型是非常有意义的。

研究人员们为了建立建筑数学模型，利用物理领域的类比原理，用电阻-电容(RC)网络方法来表示建筑围护结构。RC网络方法能将建筑围护结构复杂的热传导过程简化为简单的数学计算问题。如王胜伟等利用RC网络方法建立了简化的建筑能耗模型，该模型能可靠地预测建筑的动态热工性能，并获得了令人满意的准确性和鲁棒性。如金旭东等利用RC网络方法将多区域建筑的围护结构划分为一层结构，建立了多区域建筑模型，该模型虽然能够准确计算各个房间的能耗，但是没有考虑到多区域建筑空气的耦合问题，会导致模型计算的室温与实际的室温存在一定的偏差。如雷蕾等利用RC网络方法将建筑围护结构划分为两层结构，建立了多区域建筑数学模型，该研究考虑了室内空气对流和上下楼层之间的换热，该模型虽然能够准确计算各个房间的温湿度，但是没有明确考虑通过门窗渗透进入室内的能量以及人体、照明和设备的散热，这会导致模型的计算值与实际值存在一定的偏差。因此，本发明在充分考虑建筑围护结构热传导过程、室内空气对流、上下楼层之间的换热、通过门窗渗透进入室内的能量、人体散热量、照明散热量、设备散热量的情况下，建立一个能准确计算多区域建筑房间温湿度的数学模型。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种能准确计算多区域建筑房间温湿度的数学模型，为房间温湿度的控制模型开发设计提供理论依据。本发明根据大量试验数据，利用RC网络方法分析和描述围护结构的热传导过程，得到了一种满足研究和工程要求的数学模型。经过多次计算检验，该数学模型能准确计算多区域建筑中房间的温湿度。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于计算多区域建筑房间温湿度的数学模型，建模过程包括以下步骤：

步骤一：将建筑围护结构划分为两层结构；

步骤二：将空调房间划分为送风区、工作区、回风区；

步骤三：建立建筑围护结构各节点和内外表面的能量平衡方程；

步骤四：建立送风区、工作区、回风区的能量平衡方程和湿度平衡方程；

步骤五：对公式进行化简，并消除公式中的变量T_wa,out,T_wa,in,T_fl,out和T_fl,in；

步骤六：将单房间数学模型扩展到整个建筑的多区域数学模型。

进一步地，步骤一中将建筑围护结构划分为两层结构，每层结构的热容量和热阻对应于每层结构质点上的热容和热阻，用C表示建筑围护结构的热容，用表示建筑围护结构的热阻，其中，建筑围护结构的外表面与第二节点之间的厚度是墙厚的1/4，建筑围护结构内两个节点之间的厚度是墙厚的1/2，建筑围护结构的第一个节点与内表面之间的厚度是墙厚的1/4。