当前课程知识点：建筑室内热环境模拟及应用 > 第二章 建筑热过程与负荷计算 > 02-05-建筑热过程的动态求解方法简介 > Video
前面几节课
我们分别对建筑热过程中的
主要影响因素和作用过程
进行了介绍
为了对室内热环境
进行准确的计算和分析
就需要对室内热环境
进行定量的建模与模拟
那这节课
我们将简单的对动态热环境的
模拟分析方法进行介绍
前面我们介绍过
由于墙体存在一定的蓄热性能
所以会导致墙体内表面的温度
会出现一定的迟滞和衰减
对于北方冬季的建筑物而言
由于室内外温差非常的大
而且墙体相对比较厚实
因此室外的温度波动
经过迟滞和衰减之后
对室内温度的影响相对较小
可以近似的采用稳态传热方法
进行计算
而对于南方夏季的建筑而言
由于室内的温差非常小
而且墙体相对而言非常轻薄
室外温度波动对室内的影响
不可被忽视
而墙体内的温度分布的变化
与前时刻密切相关
因此必须采用动态传热方法
进行计算
通常我们会采用的动态计算方法
有差分法 谐波法
反映系数法和状态空间法
这四种计算方法
其中差分法是最常见的一种
动态传热计算方法
由于墙体传热过程
是一个二元微分方程
其中导温系数A是表征的是
传递温度变化的一种能力
导温系数的物理意义
与导热系数有比较大的差异
比如一种材料的导热系数很大
但是由于比热容也大
那吸收热量后
温度变化会相对较小
那么它的导温系数也会相对较小
同时墙体内的温度
会受到时间及位置的影响
因此在求解该方程的时候
差分法可依将其
在时间上和空间上进行差分
在时间上的差分
就是将方程左侧的部分
写成单位时间内上时刻的温度
和此时刻的温度之差
那在空间上的离散
我们往往将墙体分为若干层
然后将每一层的温度结点的
热平衡方程例出来
然后对这个热平衡方程组
进行求解
由于差分法
没有定常物性这种基本假设
因此采用差分法可以计算
像相变材料 热湿迁移
多孔材料等等
这种随着时间变化的
非定常物性的这种系统
另外差分法也非常易于分析
像蜂窝墙体砌块的优化
等需要深入分析围护结构
细部优化的这种问题
但同时差分法
也有它相应的一些缺点
比如说差分法计算结果的收敛性
与初值的设定非常相关
另外差分法计算的过程中
时间和空间的差分步长是相关的
当时间步长变小的时候
需要同时减少空间的差分步长
这就会造成计算量的快速增加
如果不减少空间步长将会造成
计算结果的波动与振荡
此外差分法
还有计算量大这么一个问题
例如用差分法
计算一个100个房间的
建筑物的温度分布
假设每个房间有六面墙
每面墙有分为10层
加上一个室内空气温度节点
每个房间共有61个节点
假定计算的时间步长是10秒
计算的速度呢
是每秒钟可以计算一万次
那对于这个建筑进行全年计算
就需要534个小时的计算时间
由于差分法
是一种纯数值的求解方法
因此会带来这种计算时间长
计算量大 容易波动的问题
因此在工程中我们往往希望
可以采用一种纯解析的方法
来求解动态传热问题
由于直接求解传热方程
存在一定的困难
因此我们考虑
可以用这种变换法
就是说将传热方程
先转换到其他域上进行求解
然后再通过反变换
回到原来的域上
去获得在原有域上的这个解
那谐波法和反应系数法
都是采用变换法
进行求解的一种新的方法
例如谐波法就是将传热方程
变换到傅氏域上的
一种解析的分析方法
那谐波法就具有
非常好的快速计算
和准确计算的一个特点
然而谐波法
也有它的一定的局限性
例如呢
它要求变量是符合正弦波
和余弦波的这种组合
同时要求整个函数是绝对可积的
那对于一些阶跃性的这种扰量
就没法使用于这种谐波法
因此呢
我们在谐波法的基础上
提出了适应范围
更广的反应系数法
反应系数法
是通过Laplace变换
将传热方程
在拉氏域上进行解析求解
然后通过数值求解的方法
对计算结果进行反变换
同样由于差分法
在时间上和空间上均进行了离散
因此造成聚散量巨大
且时间上的离散导致稳定性很差
因此是否可以考虑一种新的方法
可以分离出来
每个时刻变化量和不变化量
在每个时刻仅计算它的变化量
从而大量减少这种计算量
基于这种思想
可以提出状态空间法
即在时间上保持它的连续
在空间上离散的这种求解方法
本课程基于的模拟分析软件
也正是基于这种算法
而研发的模拟分析软件
通过前面的介绍我们可以看到
在计算建筑物的热过程中
目前比较常用的方法
包括差分法 谐波法
反应系数法和状态空间法
其中差分法适用性广
但计算量相对比较大
而且不太稳定
而谐波法由于采用
这种解析求解的方法
计算量是最小的
但只能适用于
一些特殊的边界条件
而反映系数法和状态空间法
是基于一种打包的核心思想
根据工程实际情况
将计算过程中不变的这种部分
通过变换的方法
压缩成为热特性参数
同时再计算全年变化的这种参数
以减少大量重复的计算量
那这两种方法
就相对比较适用于
工程的实际应用
在计算量较小的情况下
实现比较好的计算精度
-01-01-建筑设计与运行中存在的问题与挑战
-01-02-建筑模拟是解决上述问题的重要手段
-01-03-建筑模拟的历史与分类
-01-04-DeST的介绍与特点
-01-05-DEST的应用
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-01-06-准确性问题
--Video
-01-07-建筑模拟过程中常见的几个问题
--01-07
-01-08-课程目标与安排
--Video
-01-09-录屏-DEST简介
--01-09
-01-10-录屏 DEST建模
--1-10
--1-11
-第一章 绪论--第一次作业
-02-01-建筑热环境的三大传热过程
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-02-02-非透明围护结构的热平衡过程
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-02-03-透明围护结构的热平衡过程
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-02-04-室内空气的热平衡
-02-05-建筑热过程的动态求解方法简介
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-02-06-室外气象参数的取值方法
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-02-07-录屏：DeST围护结构的设定
-02-08-录屏：DeST建筑全局设定
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-第二章 建筑热过程与负荷计算--第二次作业
-03-01-中国城镇住宅建筑现状
-03-02-住宅中的热点问题-1
-03-03-住宅中的热点问题-2
-03-04-住宅特点及模拟要点
-03-05-住宅模拟案例-1
-03-06-住宅模拟案例-2
-3-7-房间功能设置1
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-3-8-房间功能设置2
--3-8
-3-9-房间功能设置3
--3-9
-3-10-房间功能设置4
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-第三章 住宅类建筑能耗模拟分析方法--第三次作业
-04-01-公共建筑用能现状
-04-02-公共建筑的用能特征
-04-03-公共建筑模拟中的关键点
-04-04-模拟分析的实例
-04-05-录屏：建筑参数设定（1）
-04-06-录屏：建筑参数设定（2）
-04-07-录屏：建筑参数设定（3）
-04-08-录屏：建筑参数设定（4）
-04-09-录屏-报表解读（1）
-04-10-录屏-报表解读（2）
-04-11--录屏-报表解读（3）
-04-12--录屏-报表解读（4）
-第四章 公共建筑能耗模拟分析方法--第四次作业
-5-1 环境控制方案模拟的工程背景和影响因素
-5-2-环境控制系统模拟的实际工程应用
-5-3-空气处理设备方案的影响因素
-5-4-空气处理设备的模拟分析方法
-5-5-录屏：DeST中Scheme模拟计算的操作方法
-5-6-录屏：DeST中AHU模拟计算的操作方法
-第五章 环境控制模拟分析方法--第五次作业
-06-01 冷热源与水系统的工程背景与实际意义
-06-02 冷热源与水系统的模拟设计方案
-06-03 特约采访：空调水系统常见工程问题介绍-张野
-06-04 建筑能耗系统的背景和主要内容
-06-05 建筑能耗系统模拟的基本方法
-06-06 特约采访：分项计量系统与模拟的关系-沈启
-06-07 经济性分析的基本方法
-06-08 经济性分析的实际工程应用
-06-09 特约采访：经济性模拟分析的必要性与特点-王福林
--06-09 特约采访：经济性模拟分析的必要性与特点-王福林
-06-10 录屏：冷热源与泵站分析的具体操作
-06-11 录屏：其他能耗系统模拟计算模块操作
-06-12 录屏：经济性分析模块模拟操作
-第六章 冷热源方案设计与经济性分析--第六次作业
-07-01 建筑光环境：窗和遮阳
-07-02 DeST中的遮阳计算与日影分析
-07-03 外檐的遮阳与建模技巧
-07-04 DeST中的采光模拟分析方法
-07-05 DeST软件使用的实用专题
-07-06 批处理功能介绍
-07-07 多联式空调系统VRF的主要特征
-07-08 VRF系统的设计关键点
-07-09 录屏：VRF多联式空调系统模拟计算方法
-07-10 录屏：DeST中的遮阳模拟计算方法
-07-11 录屏：DeST中的阴影和采光计算
-07-12 录屏：阳光遮挡对负荷影响的模拟分析
-07-13 录屏：遮阳板对负荷影响模拟分析
-07-14 The Interview of Sun Kaiyu from Lawrence Berkeley National Laboratory about the practical eng
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-第七章 VRF系统与建筑采光模拟及批处理操作--第七次作业
-08-01 人行为对建筑能耗的影响
-08-02 人行为的定义、分类与特征
-08-03 人行为的模拟分析方法
-08-04 人行为建模与实际应用（1）
-08-05 人行为建模与实际应用（2）
-08-06 录屏：DeST软件中人行为模拟模块的计算
-08-07 访谈：IEA能源分析师Brian Dean谈建筑人行为
--08-07 访谈：IEA能源分析师Brian Dean谈建筑人行为
-第八章 人行为模拟分析方法与DeST应用案例介绍--第八次作业
