建筑热湿环境营造过程的热学原理

第1章 绪论

第2章 建筑热湿环境营造过程目标与特点

第3章 热学参数

第4章 室内空间的热湿采集过程

第5章 稳态传热过程：换热器与换热网络

第6章 动态传热过程：围护结构与蓄能

第7章 湿空气热湿处理过程的特性分析

第8章 建筑热湿环境营造过程热学分析原则

附录A 湿空气的㶲分析

附录B 表冷器冷凝除湿过程

参考文献 2100433B

本书以建筑热湿环境营造过程的内部损失为认识视角，运用合理的热学分析参数，通过定量刻画室内末端热湿采集过程的损失、热量传输过程的损失、热湿转换过程等内部损失情况，并分析减少各环节损失的有效方法，以期寻求提高各处理环节性能的指导原则，为合理构建建筑热湿环境营造系统奠定基础，在保证建筑适宜的热湿环境的情况下，尽可能降低整个系统的能源消耗。

本书主要内容包括：从建筑热湿环境营造系统的特点（第2 章）和热学参数的基本定义（第3章）出发，寻找到适宜的热学参数来定量刻画热湿环境营造过程的损失；以热学参数为指导工具，第4章~第7章将从理论分析角度认识建筑室内热湿环境营造过程的各个关键环节，包括室内空间的热湿采集过程、稳态传热过程（换热器与换热网络）、动态传热过程（围护结构传热和蓄能）以及湿空气热湿传递过程等，介绍各环节的基本分析方法及相应的优化指导原则；在各环节特性分析的基础上对整个建筑环境营造过程的系统性能进行研究，给出相应的系统热学分析原则（第8章）。

本书聚焦于机场航站楼、高铁客运站、地铁车站等特殊公共建筑的热湿环境营造过程，将为合理分析此类建筑中的热湿环境营造过程提供基本方法，也为构建高效的交通场站建筑热湿环境营造系统提供技术支撑。本书可供机场航站楼、铁路客站及地铁车站等相关交通场站建筑的设计者、运行管理人员及相关研究单位的研究人员等参考。

本项目针对建筑室内热湿采集过程的基础科学问题开展研究，以包含热源和湿源的普通办公室、高大空间建筑和仅含热源的信息机房三类典型建筑环境为分析对象，研究建筑室内各种产热源、产湿源特性，构建了从产热、产湿源头到空调末端方式处理过程的热学分析方法，对各种空调末端方式的混合损失进行定量评价，发展以“最小混合损失”为目标的室内热湿环境分析理论，指导冷源的高效利用和室内空调末端的优化设计。 主要研究工作及解决的主要科学问题包括：1）室内热湿环境不均匀性理论分析：基于实际建筑中的产热、产湿源特性刻画了室内温度、湿度场的不均匀特性，分析了品位对系统性能的重要影响；分析了理想排热效率和理想排湿效率，以及建立在室内不均匀热湿环境基础之上的温湿度独立控制系统效率；分析实际系统效率与理想效率之间的巨大差异，指出减少热湿采集、处理过程中消耗温差ΔT的重要性。2）热湿采集处理过程的热学分析方法：在分析比较各种评价热、湿品位的热学参数——熵产或火用分析、火积理论的适用性和适用范围基础上，选择采用“火积”参数对建筑热湿环境营造过程中热量传递和混合损失过程进行量化描述；给出了典型传热过程的火积分析方法，利用火积耗散定义的热阻，为优化传热过程提供了重要指标。3）办公建筑室内热湿环境构建方法：刻画了常规空调系统同时调节室内温度、湿度导致的损失，基于减少热湿环境营造过程损失的理论分析，给出了温湿度独立控制空调系统解决方案，采取不同手段分别满足室内温度、湿度调节需求；实际办公建筑的应用效果表明该新型空调系统可大幅提高能源利用效率。4）典型高大空间及信息机房应用研究：基于高大空间热湿环境及温湿度场特性分析，采用热学分析方法构建了适用于高大空间建筑的气流组织和空调系统新形式，阐明了应用辐射供冷方式的关键问题；基于热学理论分析了数据机房室内空间混合损失情况，明确了避免室内掺混损失是提高排热效率及利用自然冷源的关键，提出了可大幅减少室内掺混损失的排热优化方案。 基于上述研究成果，本项目建立了分析建筑室内非均匀热湿环境的理论研究方法，并以减少热湿采集的混合损失为原则研发新型排热、排湿方式与装置，取得了比目前空调系统节能30%以上的良好效果。相关研究内容共申请国家发明专利3项（已授权1项），发表论文16篇（其中SCI检索8篇），入选教育部新世纪优秀人才支持计划（2011）和国家万人计划-青年拔尖人才支持计划（2013）。 2100433B

建筑室内热湿环境控制的本质是将室内多余的热量和湿度排除到室外的热湿传递过程。由于室内的产热源和产湿源是不均匀的，使得目前将建筑室内作为统一处理对象，由统一冷源制取冷量送入室内的室内环境控制模式造成了不同品位热量的混合损失。如何描述这种混合损失，如何评价不同室内产热源、湿源的品位及天然冷源可利用情况，如何设计理想的空调末端，以充分利用天然冷源、并降低室内热湿环境处理过程的混合损失，这些问题是室内环境控制的核心问题。本课题在于建立一套针对建筑室内非均匀热湿环境的热学分析方法，能描述室内不同产热源、湿源的品位特征，以室内热源、湿源形成的温度场、湿度场为分析基础，对各种空调末端方式的混合损失进行定量评价，发展以最小混合损失为目标的室内热湿环境分析理论，指导天然冷源的利用及理想室内空调末端的优化设计，为空调末端方式的设计、评价提供理论基础，研发新型的空调末端装置，降低热湿环境控制系统的能耗。