建筑室內熱濕環(huán)境非均勻特性的熱學基礎研究

本項目針對建筑室內熱濕采集過程的基礎科學問題開展研究，以包含熱源和濕源的普通辦公室、高大空間建筑和僅含熱源的信息機房三類典型建筑環(huán)境為分析對象，研究建筑室內各種產熱源、產濕源特性，構建了從產熱、產濕源頭到空調末端方式處理過程的熱學分析方法，對各種空調末端方式的混合損失進行定量評價，發(fā)展以“最小混合損失”為目標的室內熱濕環(huán)境分析理論，指導冷源的高效利用和室內空調末端的優(yōu)化設計。 主要研究工作及解決的主要科學問題包括：1）室內熱濕環(huán)境不均勻性理論分析：基于實際建筑中的產熱、產濕源特性刻畫了室內溫度、濕度場的不均勻特性，分析了品位對系統性能的重要影響；分析了理想排熱效率和理想排濕效率，以及建立在室內不均勻熱濕環(huán)境基礎之上的溫濕度獨立控制系統效率；分析實際系統效率與理想效率之間的巨大差異，指出減少熱濕采集、處理過程中消耗溫差ΔT的重要性。2）熱濕采集處理過程的熱學分析方法：在分析比較各種評價熱、濕品位的熱學參數——熵產或火用分析、火積理論的適用性和適用范圍基礎上，選擇采用“火積”參數對建筑熱濕環(huán)境營造過程中熱量傳遞和混合損失過程進行量化描述；給出了典型傳熱過程的火積分析方法，利用火積耗散定義的熱阻，為優(yōu)化傳熱過程提供了重要指標。3）辦公建筑室內熱濕環(huán)境構建方法：刻畫了常規(guī)空調系統同時調節(jié)室內溫度、濕度導致的損失，基于減少熱濕環(huán)境營造過程損失的理論分析，給出了溫濕度獨立控制空調系統解決方案，采取不同手段分別滿足室內溫度、濕度調節(jié)需求；實際辦公建筑的應用效果表明該新型空調系統可大幅提高能源利用效率。4）典型高大空間及信息機房應用研究：基于高大空間熱濕環(huán)境及溫濕度場特性分析，采用熱學分析方法構建了適用于高大空間建筑的氣流組織和空調系統新形式，闡明了應用輻射供冷方式的關鍵問題；基于熱學理論分析了數據機房室內空間混合損失情況，明確了避免室內摻混損失是提高排熱效率及利用自然冷源的關鍵，提出了可大幅減少室內摻混損失的排熱優(yōu)化方案。 基于上述研究成果，本項目建立了分析建筑室內非均勻熱濕環(huán)境的理論研究方法，并以減少熱濕采集的混合損失為原則研發(fā)新型排熱、排濕方式與裝置，取得了比目前空調系統節(jié)能30%以上的良好效果。相關研究內容共申請國家發(fā)明專利3項（已授權1項），發(fā)表論文16篇（其中SCI檢索8篇），入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃（2011）和國家萬人計劃-青年拔尖人才支持計劃（2013）。 2100433B

建筑室內熱濕環(huán)境控制的本質是將室內多余的熱量和濕度排除到室外的熱濕傳遞過程。由于室內的產熱源和產濕源是不均勻的，使得目前將建筑室內作為統一處理對象，由統一冷源制取冷量送入室內的室內環(huán)境控制模式造成了不同品位熱量的混合損失。如何描述這種混合損失，如何評價不同室內產熱源、濕源的品位及天然冷源可利用情況，如何設計理想的空調末端，以充分利用天然冷源、并降低室內熱濕環(huán)境處理過程的混合損失，這些問題是室內環(huán)境控制的核心問題。本課題在于建立一套針對建筑室內非均勻熱濕環(huán)境的熱學分析方法，能描述室內不同產熱源、濕源的品位特征，以室內熱源、濕源形成的溫度場、濕度場為分析基礎，對各種空調末端方式的混合損失進行定量評價，發(fā)展以最小混合損失為目標的室內熱濕環(huán)境分析理論，指導天然冷源的利用及理想室內空調末端的優(yōu)化設計，為空調末端方式的設計、評價提供理論基礎，研發(fā)新型的空調末端裝置，降低熱濕環(huán)境控制系統的能耗。

非均勻流是不滿足均勻流條件的流動。

是與均勻流相對的概念，詳細內容可以參考均勻流的詞條。

中文名稱

非均勻流

英文名稱

nonuniform flow

定　　義

流體的流速大小及方向沿程不斷變化的水流。

應用學科

地理學（一級學科），水文學（二級學科）

在上述的均勻成核討論中，假定了相變系統中各個位置上具有相同的成核幾率。然而實際情況并非如此。當趨于冷凝的蒸氣中懸浮著塵埃、趨于結晶的液相中含有雜質，或趨于發(fā)生晶型轉變的固體中存在著界面、位錯等缺陷時，相變所需的成核過程往往會優(yōu)先并容易地發(fā)生在這些特殊區(qū)域。在這種情況下，成核過程將不再均勻地分布于整個系統，故常稱之為非均勻成核。 　非均勻成核之所以比均勻成核更容易發(fā)生，其主要原因是均勻成核中新相胚芽與母相間的高能量界面被非均勻成核中新相胚芽與雜質相間的低能量界面所取代，這種界面的代換比界面的創(chuàng)生所需要的能量少，從而使成核過程所需越過的勢壘降低，進而使非均勻成核可在較小的相變驅動力下進行。下面討論幾種發(fā)生非均勻成核的情況。

最后是相變的微觀理論介紹了

一統計模型與臨界現象：1)一維Ising 模型。2)二維Ising 模型。3)三維Ising 模型。4)臨界指數。5)標度律與普適性。6)重正化群理論

二軟模理論與結構相變

三電子-晶格耦合系統

我研究的方向是鐵電、鐵彈相變，在相變原理中被廣泛的涉及到，相關的幾個問題有

1）居里原理的介紹及其廣泛應用在鐵電相變中有廣泛的應用。居里原理處理的是對稱性疊加的問題在順--電鐵電相變、鐵電--鐵電相變、鐵電相變與空間群中都有廣泛的應用。 　2）朗道理論及其應用在鐵電物理學中有廣泛的應用。朗道將對稱破缺引入到相變理論，并將它與序參量的變化聯系起來。

3）最主要的是鐵電、反鐵電和鐵彈相變，是我的研究方向的基本原理和依據，加深了我對研究內容的理解，

4）熱電效應也涉及在了我的專業(yè)中，被廣泛的應用。

本領域我可能做得與相變有關的研究室有壓電效應的鐵彈相變，包含的居里原理、朗道理論的的將會被廣泛的應用到我的研究中，此外鐵彈相變的一級相變，二級相變都是相變原理中所包含的內容，熱電效應，包括熱電效應的晶格動力學理論，相變原理與我所研究的內容息息相關，是我研究方向的基礎。

在非均勻流中，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。非均勻流問題在實用上很重要，要求解的問題較多。對非均勻漸變流，可由能量方程推導出一般形式的微分方程和不同條件下的計算公式 。