建筑室内热湿环境非均匀特性的热学基础研究结题摘要

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。

非均匀流是不满足均匀流条件的流动。

是与均匀流相对的概念，详细内容可以参考均匀流的词条。

中文名称

非均匀流

英文名称

nonuniform flow

定　　义

流体的流速大小及方向沿程不断变化的水流。

应用学科

地理学（一级学科），水文学（二级学科）

在上述的均匀成核讨论中，假定了相变系统中各个位置上具有相同的成核几率。然而实际情况并非如此。当趋于冷凝的蒸气中悬浮着尘埃、趋于结晶的液相中含有杂质，或趋于发生晶型转变的固体中存在着界面、位错等缺陷时，相变所需的成核过程往往会优先并容易地发生在这些特殊区域。在这种情况下，成核过程将不再均匀地分布于整个系统，故常称之为非均匀成核。 　非均匀成核之所以比均匀成核更容易发生，其主要原因是均匀成核中新相胚芽与母相间的高能量界面被非均匀成核中新相胚芽与杂质相间的低能量界面所取代，这种界面的代换比界面的创生所需要的能量少，从而使成核过程所需越过的势垒降低，进而使非均匀成核可在较小的相变驱动力下进行。下面讨论几种发生非均匀成核的情况。

最后是相变的微观理论介绍了

一统计模型与临界现象：1)一维Ising 模型。2)二维Ising 模型。3)三维Ising 模型。4)临界指数。5)标度律与普适性。6)重正化群理论

二软模理论与结构相变

三电子-晶格耦合系统

我研究的方向是铁电、铁弹相变，在相变原理中被广泛的涉及到，相关的几个问题有

1）居里原理的介绍及其广泛应用在铁电相变中有广泛的应用。居里原理处理的是对称性叠加的问题在顺--电铁电相变、铁电--铁电相变、铁电相变与空间群中都有广泛的应用。 　2）朗道理论及其应用在铁电物理学中有广泛的应用。朗道将对称破缺引入到相变理论，并将它与序参量的变化联系起来。

3）最主要的是铁电、反铁电和铁弹相变，是我的研究方向的基本原理和依据，加深了我对研究内容的理解，

4）热电效应也涉及在了我的专业中，被广泛的应用。

本领域我可能做得与相变有关的研究室有压电效应的铁弹相变，包含的居里原理、朗道理论的的将会被广泛的应用到我的研究中，此外铁弹相变的一级相变，二级相变都是相变原理中所包含的内容，热电效应，包括热电效应的晶格动力学理论，相变原理与我所研究的内容息息相关，是我研究方向的基础。

在非均匀流中，摩阻力所做的功可能大于或小于所有其他作用力所做的功。非均匀流问题在实用上很重要，要求解的问题较多。对非均匀渐变流，可由能量方程推导出一般形式的微分方程和不同条件下的计算公式 。