[发明专利]基于热分层的高大空间热压通风计算方法

说明书

本发明公开了一种基于热分层的高大空间热压通风计算方法，包括：(1)运用理想气体状态方程，考虑垂直方向温度梯度，将空气密度以温度形式表达；(2)列写上下开口室内外压差，表达成随高度的积分，并求解积分；(3)输入已知参数，采用收敛迭代算法，以通风质量流量相对误差率为控制指标，求解改进的热压通风方程；(4)判定有无解的条件，输出有解下的中性面高度、室内温度与通风量等参数。本发明提出的计算方法可综合考查建筑尺寸、气候、内热源与热分层因素对高大空间热压通风的影响，准确获取热压通风效应。该方法可广泛应用于高大空间自然通风性能化设计和室内热环境评价等领域，尤其可以指导制定合理的开口面积，实现自然通风最大程度应用。

技术领域

本发明涉及建筑自然通风领域，具体涉及的是一种基于热分层的高大空间热压通风计算方法。

背景技术

我国修建越来越多的高大空间建筑，如影剧院、体育场、高铁车站、航站楼等。高大空间往往人员密度大，运营时间长，制冷空调能耗大，节能减排任务艰巨。高大空间普遍存在温度分层效应，空间上部热空气聚集，存在上下温差，且随着空间高度增加而越加明显。

热压通风是一种被动式技术，利用室内外温差和上下开口高差形成热压效应，产生通风流动，可有效缓解室内高温状况，提高室内空气品质。热压通风无动力消耗，对于延迟制冷空调设备的开启，具有明显节能优势。但传统热压通风理论将室内温度视为均匀一致，空间开口室内侧压力仅与高度成正比。

总体来说，传统热压通风不考虑室内垂直方向上的温度差异，热压通风量计算简单。但对于高大空间建筑，垂直方向上温度分层不可忽略，空间开口室内侧压力还受制于温度的变化，采用传统热压通风理论获得的热压通风量势必与实际情况存在一定差异，造成通风设计缺陷，影响人们对室内热环境的客观评判。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供了一种基于热分层的高大空间热压通风计算方法，其考虑空间温度随高度变化的特性，改进热压通风计算，从而能够准确预测中性面高度、室内空气温度，使其在自然通风设计与运营阶段，依据通风量的需求，合理设定上部开口面积，实现自然通风最大程度的运用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于热分层的高大空间热压通风计算方法，包括以下步骤：

(1)定义室内工作区位于地面以上2m高度，且自地面算起至工作区，空气温度tn均匀一致；定义室外空气温度to均匀一致；

(2)确定影响高大空间热压通风效果的参数，该参数包括空间高度H、地板面积Af、上部开口面积 Aa，下部开口面积A，室外空气温度t₀、单位地板面积热源q、室内垂直温度梯度α；

(3)设定初始计算参数，该参数包括室内工作区温度tn＝to，中性面高度Hn＝1m；

(4)采用本步骤公式，分别计算上部开口a室内侧空气温度tH，上部开口b室内侧空气密度ρH，室外空气密度ρo，室内工作区密度ρn：

式中，tn为室内工作区温度；Patm为当地大气压力；R为空气气体常数，常量；

(5)采用本步骤公式，分别计算中性面空气温度tHn，中性面空气密度ρHn：

(6)判断Hn是否大于2m。

(7)若Hn大于2m，则按本步骤公式，分别计算上部开口a的内外压差△Pa1，下部开口b的内外压差△Pb1，并取△Pa＝△Pa1和△Pb＝△Pb1：

式中，g为重力加速度，常量；