摘要：根據工業建筑熱源散熱特點，采用室內操作溫度為工業建筑圍護結構防熱優化控制參數，以“不滿意總小時數”為防熱優化控制目標，當“不滿意總小時數”最小時，對應的圍護結構防熱效果最優。以西安地區為例，選擇典型的廠房模型進行優化研究，得到了不同熱強度時工業建筑圍護結構傳熱系數推薦值，對工業建筑圍護結構防熱設計提供參考。

　　關鍵詞：工業建筑圍護結構防熱性能優化研究

　　根據工業建筑室內源項特征及環境控制方式可以將工業建筑分為兩類[1]，其中二類工業建筑中具有強熱源的建筑均采用通風來控制室內熱環境，盡管如此，其室內溫度依然偏高。現場實測數據表明，工業建筑熱車間夏季的平均氣溫常常超過45益[2­3]，夏季定向平均輻射溫度最大值約為100益[4]，這和夏季室外綜合溫度相比，室內高溫熱源與太陽輻射對圍護結構傳熱的影響存在相同的數量級。工業建筑圍護結構防熱性能不但受室外氣候條件的影響，同時還受到室內熱源強度的影響。

　　因此，工業建筑圍護結構防熱既要考慮隔熱，還要考慮室內散熱，其防熱設計不能直接套用民用建筑。民用建筑圍護結構隔熱設計的控制目標是圍護結構內表面最高溫度[5]，而工業建筑室內具有不同強度的熱源，熱源的對流散熱和輻射散熱是影響室內熱環境的主要原因，同時熱源的輻射散熱也是影響圍護結構內壁面溫度的主要原因。研究工業建筑通風條件下圍護結構防熱性能優化有助于指導其圍護結構防熱設計，改善室內熱環境并節約通風能耗。

　　1防熱性能優化方法

　　民用建筑圍護結構控制內表面最高溫度的目的之一是控制室外熱量不過多的傳入室內，目的之二就是內壁面溫度過高會使得內表面輻射溫度過高，對人體產生較多的熱輻射，從而影響人體熱舒適。對于室內熱強度較大的工業建筑來說，由于室內溫度較高，其圍護結構防熱不僅僅是防止室外熱量進入室內，多數情況下希望熱量由室內傳向室外，以此來降低室內溫度。而室內熱源散熱直接影響圍護結構內壁面溫度，同時熱源散熱中的對流熱和輻射熱影響了人體熱舒適。

　　考慮到工業建筑圍護結構防熱的特殊性，本文通過分析圍護結構變化對操作溫度的影響進而評價圍護結構防熱性能的優劣。操作溫度(Operativetemperature)是假想黑色包圍體的均勻溫度，人在該黑色包圍體中的輻射換熱及對流換熱量與在實際非均勻環境的換熱量相同。假定夏季操作溫度控制值為35益和冬季操作溫度控制值為12益，定義全年室內操作溫度高于夏季操作溫度控制值的小時數與全年室內操作溫度低于冬季操作溫度控制值的小時數之和為“不滿意總小時數”，并以“不滿意總小時數”作為防熱控制目標，通過修改圍護結構保溫板厚度，即傳熱系數的大小，統計不同圍護結構組合形式的“不滿意總小時數”，當“不滿意總小時數”達到最小時圍護結構防熱效果相對最好，對應的傳熱系數為推薦值，此傳熱系數對應的圍護結構防熱效果最佳，傳熱系數過大或過小都會影響防熱的整體效果。優化設計方法具體過程如下：假設屋頂和外墻的圍護結構均采用金屬圍護結構，即兩側鋼板中間夾保溫板，具體取值見表1。外墻和屋頂的保溫板厚度n和N均為變量，從0.001m開始，每次增加0.001m，一直增加至0.2m。

　　根據排列組合法可以產生40000種組合。利用Python調用Energyplus進行計算，每計算一次，Python會統計一次“不滿意總小時數”和對應的外墻和屋頂的傳熱系數，并寫入對應的文本中。之后再利用第一步所生成的保溫板厚度文本中的數據逐次替換模型的保溫板厚度。以此計算完所有工況，輸出各工況對應的“不滿意總小時數”和傳熱系數值。最后對比各工況“不滿意總小時數”，最小值對應的外墻和屋頂組合形式防熱效果最好。由于外墻和屋頂的傳熱系數不同，排列組合之后樣本數量較大，因此本文中調用Python中的多進程模塊實現了EnergyPlus的并行計算[7]。

　　2不同熱強度工業建筑圍護結構優化設計

　　2.1模型簡介

　　根據既有工業建筑調研結果確定典型工業建筑模型的體型系數為0.15，窗墻面積比取0.2，建筑長寬高分別為L=90m，W=30m，H=16m，氣樓高2.5m，坐標軸位于地面中心位置。熱源位于地面的中心位置，其中熱源的寬度w/W=0.3，長度l/L=0.8，高度忽略不計。下側窗距地1.2m，主要用作進風口，高側窗距地10m，主要用來采光，天窗布置在氣樓上，主要用作排風口。模型中將窗戶進行了簡化，將類型和位置相同的窗戶簡化為一個。南墻有下側窗和上側窗，側窗的長度均為l’/L=0.8,下側窗高為3.6m，上側窗高2.4m。東西墻只設置上側窗，高度為2.4m，長度為24m。

　　2.2工況及邊界條件

　　根據《工業建筑節能設計統一標準》給出的三種室內熱強度范圍，取各范圍的中間值為各工況的室內熱強度。Energyplus中熱源項設置為單位面積的散熱量，需要將熱強度轉化為單位面積散熱量，已知廠房占地面積為2700m2。熱源散熱量包括對流散熱和輻射散熱，由于Energyplus不能計算具體的輻射對流比，本文根據熱強度求出熱源單位面積的散熱量，根據《室內氣流空氣動力學》[8]中對應的計算結果，得出輻射占比作為設置條件。

　　3結論

　　本文根據工業建筑圍護結構防熱特點，采用室內操作溫度為工業建筑圍護結構防熱優化控制參數，以“不滿意總小時數”為防熱優化控制目標，并建立典型工業廠房模型，對西安地區不同余熱強度條件下圍護結構防熱性能進行優化。在通風換氣次數一定的條件下得到西安地區室內熱強度為45W/m3和30W/m3時，外墻傳熱系數推薦值為6.4W/(m2·K)，屋頂傳熱系數推薦值為0.44W/(m2·K)。室內熱強度為15W/m3時，由于夏季室內通風量較大，室內熱環境主要受通風量影響，圍護結構傳熱系數對夏季室內熱環境影響小，圍護結構應以冬季保溫為主，此時外墻和屋頂的傳熱系數可參考該地區民用建筑節能標準以及現有的圍護結構構造取相對較小值。

　　參考文獻

　　[1]中冶建筑研究總院有限公司,西安建筑科技大學.GB51245­2017工業建筑節能設計統一標準[S].北京:中國計劃出版社,2017.

　　[2]馮松海,鄧高翔,鄒聲華.某鋼廠熱源廠房通風改造[J].工業安全與環保,2004,30(1):22­4

　　[3]鄒聲華,張登春,李孔清.自然通風改善半封閉熱源廠房熱環境的研究[J].礦冶工程,2005,25(2):81­4.

　　[4]孟曉靜.高溫熱源工業建筑雙輻射作用下室內熱環境特性研究[D].西安:西安建筑科技大學,2016.

　　[5]中國建筑科學研究院.GB50176­2016民用建筑熱工設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2017.

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　　摘要隨著社會科學技術的進步，智能化產品已在我們生活中多處應用，開始走進人們的生活和生產中，廣泛出現在人們的視野中，住房問題受到廣泛關注，智能建筑樓宇隨著時代的發展而存在，城市的發展逐漸成為智能的發展的綜合體，城市建筑開始與信息科技相結合，充分體現了建筑物的時代性和進步性‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。