太陽(yáng)輻射會(huì)對(duì)室外暴露的工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)生熱效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)，從而會(huì)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的性能和工作可靠性產(chǎn)生不利影響，按照一些工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在這些產(chǎn)品研制定型之前應(yīng)進(jìn)行太陽(yáng)輻射試驗(yàn)，陜西玻璃棉，西安玻璃棉板，西安保溫材料，白色無(wú)甲醛玻璃棉板，http://www.shuizu1.com，西安聚鑫建材有限公司以考核其對(duì)太陽(yáng)輻射環(huán)境的適應(yīng)性和工作可靠性。太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室是在室內(nèi)人工模擬太陽(yáng)輻射環(huán)境，進(jìn)行太陽(yáng)輻射試驗(yàn)的試驗(yàn)室。太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室采用專用燈具對(duì)太陽(yáng)輻射的光譜、輻射強(qiáng)度和日照強(qiáng)度變化進(jìn)行模擬，因此其室內(nèi)燈具的發(fā)熱量很大，而且發(fā)熱量隨時(shí)間變化較大。同時(shí)要求室內(nèi)溫度也按一定曲線變化，以模擬夏季一天的氣溫變化，最高室溫要求達(dá)到40-50°Q因此太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室也是一個(gè)高溫環(huán)境試驗(yàn)室。對(duì)于高溫環(huán)境試驗(yàn)室，為了達(dá)到和維持室內(nèi)的高溫環(huán)境，空調(diào)系統(tǒng)通常需要加熱，因此加強(qiáng)建筑保溫性能通?？梢詼p少空調(diào)系統(tǒng)的熱負(fù)荷和能耗，增強(qiáng)建筑保溫性能，這是目前建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)重要途徑。但由于該試驗(yàn)室的室內(nèi)燈具的發(fā)熱量很大，建筑保溫性能的增強(qiáng)又會(huì)使建筑向室外的散熱能力減弱，從而使空調(diào)冷負(fù)荷增加。提高太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室的建筑保溫性能對(duì)于減少其空調(diào)能耗是否有利這是太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室設(shè)計(jì)工作中一個(gè)亟待解決的重要技術(shù)難題。在太陽(yáng)輻射模擬技術(shù)方面，以往的研究主要集中在試驗(yàn)參數(shù)的探討上1通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外一些常用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)輻射模擬試驗(yàn)室建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫問(wèn)題進(jìn)行研究的報(bào)道，筆者采用計(jì)算機(jī)模擬分析的方法，對(duì)太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室的建筑保溫性能與空調(diào)冷熱負(fù)荷和能耗的關(guān)系進(jìn)行模擬分析研究，為此類建筑物的建筑保溫設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1試驗(yàn)室概況與技術(shù)條件某大型太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室能夠按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)4'在室內(nèi)對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行模擬、進(jìn)行大中型設(shè)備的太陽(yáng)輻射試驗(yàn)。其尺寸為的最大試件為60鋼鐵。室內(nèi)溫度要求按3條不同曲線變化，以模擬不同氣候區(qū)夏季典型日的氣溫變化，3條室溫變化曲線見(jiàn)。以24h為一個(gè)周期進(jìn)行試驗(yàn)，通常為3到7個(gè)周期。室內(nèi)采用特制的燈具對(duì)太陽(yáng)輻射的光譜和輻射強(qiáng)度進(jìn)行模擬，燈具輻射強(qiáng)度按一定曲線變化，以模擬一天內(nèi)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化，太陽(yáng)輻射模擬燈具的總發(fā)熱量變化曲線見(jiàn)其綜合發(fā)光效率為40%.按室內(nèi)建筑面積計(jì)算燈具發(fā)熱指標(biāo)最高達(dá)到1100W/rf，可見(jiàn)室內(nèi)燈具的發(fā)熱強(qiáng)度是很大的。該試驗(yàn)室對(duì)室內(nèi)濕度沒(méi)有要求，室內(nèi)也沒(méi)有散濕源?？照{(diào)系統(tǒng)加熱采用電加熱方式，冷卻采用室外空氣通風(fēng)冷卻和噴水蒸發(fā)冷卻方式。建筑墻體結(jié)構(gòu)為200厚的鋼筋混凝土+聚氨酯泡沫塑料保溫層，表面為1厚的不銹鋼板。

2空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法該試驗(yàn)室的空調(diào)冷負(fù)荷主要包括建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷、試件冷負(fù)荷、燈具冷負(fù)荷、滲透空氣冷負(fù)荷和循環(huán)風(fēng)機(jī)冷負(fù)荷。

21建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和試件的空調(diào)負(fù)荷計(jì)算在太陽(yáng)輻射試驗(yàn)過(guò)程中室內(nèi)溫度是不斷變化的，因此其建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和試件的熱工變化過(guò)程是不穩(wěn)定傳熱過(guò)程，這一部分計(jì)算是比較復(fù)雜的，在此采用有限差分?jǐn)?shù)值算法進(jìn)行計(jì)算按一維大平板傳熱計(jì)算采用向前差分格式，在厚度方向上分為N等分，傳熱差分方程為入w一入點(diǎn)和第個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的溫度；n0為初始溫度；為外壁面溫度；t為室內(nèi)壁面溫度。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外兩側(cè)的邊界條件均為第三類邊界條件外墻面對(duì)流放熱系數(shù)；an為內(nèi)墻面對(duì)流放熱系數(shù)。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般是由結(jié)構(gòu)層和保溫層組成的多層復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，假設(shè)第k個(gè)厚度節(jié)點(diǎn)為兩種材料的界面節(jié)點(diǎn)，按熱量平衡可得出界面條件：種材料的導(dǎo)熱系數(shù)、密度和比熱容。為第個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的界面溫度。

將各層材料各厚度節(jié)點(diǎn)的傳熱差分方程、各層材料之間界面條件方程和內(nèi)外表面的邊界條件方程聯(lián)立求角解即可求出多層復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的溫度場(chǎng)變化和傳熱狀況。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各組成部分，包括墻體、地面、屋頂、門和試件，它們的材料組成和結(jié)構(gòu)不同，因此分別采用有限差分法計(jì)算其溫度場(chǎng)。由于試驗(yàn)室中的試件是變化的、不確定的，為了簡(jiǎn)化計(jì)算根據(jù)最大試件的平均厚度，將試件處理成一維殼板進(jìn)行計(jì)算。氣象參數(shù)按建筑物當(dāng)?shù)氐臍庀髤?shù)計(jì)算冬季工況空調(diào)室外計(jì)算溫度為一256°C，夏季工況空調(diào)室外計(jì)算溫度為31.8°C，冬季工況和夏季工況分別計(jì)算?？紤]最不利的情況，冬季工況的室內(nèi)溫度曲線按溫度最高的試驗(yàn)曲線1計(jì)算，夏季工況的室內(nèi)溫度曲線按溫度最低的試驗(yàn)曲線3計(jì)算。

22燈具空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算燈具的發(fā)熱量包括兩個(gè)部分，一部分是對(duì)流熱，另一部分是輻射熱。根據(jù)燈具廠家提供的數(shù)據(jù)，該燈具的對(duì)流熱所占比例約為60%對(duì)流熱直接形成空調(diào)冷負(fù)荷。燈具輻射熱所占比例約為40%這部分輻射熱量需要通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和試件外表面的吸收、升溫、放熱才能形成空調(diào)冷負(fù)荷，其空調(diào)冷負(fù)荷按冷負(fù)荷系數(shù)法來(lái)計(jì)算由于該試驗(yàn)室中燈具的發(fā)熱量是逐時(shí)變化的，因此以1h為單位對(duì)燈光輻射散熱量進(jìn)行離散化分時(shí)處理，逐段進(jìn)行冷負(fù)荷計(jì)算并將分時(shí)計(jì)算結(jié)果疊加，得到燈具輻射散熱的空調(diào)逐時(shí)總冷負(fù)荷，房間類型為重型，1h燈光輻射散熱的冷負(fù)荷系數(shù)按表1的數(shù)據(jù)計(jì)算161.通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)采用這種離散化算法對(duì)長(zhǎng)時(shí)間開燈的冷負(fù)荷系數(shù)的計(jì)算結(jié)果與中的相應(yīng)數(shù)據(jù)基本相同，最大絕對(duì)誤差為Q（H因此這種離散化算法是可行的。

開燈時(shí)間冷負(fù)荷系數(shù)表1燈具散熱的冷負(fù)荷系數(shù)（開燈時(shí)間為1h）23滲透空氣負(fù)荷和風(fēng)機(jī)冷負(fù)荷計(jì)算該試驗(yàn)室大門的面積較大，其密封性較差，室內(nèi)換氣次數(shù)按1次/h計(jì)算，由于該試驗(yàn)室室內(nèi)相對(duì)濕度沒(méi)有要求，空調(diào)系統(tǒng)采用通風(fēng)冷卻方式，沒(méi)有除濕過(guò)程，因此滲透空氣的空調(diào)冷負(fù)荷只計(jì)算顯熱負(fù)荷。試驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)的功率為24kw試驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)機(jī)是連續(xù)運(yùn)行的，因此這部分散熱量按瞬時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算。

3計(jì)算結(jié)果與分析建筑墻體和屋頂?shù)木郯滨ヅ菽貙釉诓煌穸鹊那闆r下，該試驗(yàn)室冬季工況和夏季工況的空調(diào)冷熱負(fù)荷的模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)夏季工況下（保溫厚度為100）空調(diào)累計(jì)冷負(fù)荷組成見(jiàn)夏季工況下累計(jì)熱負(fù)荷為0對(duì)這些計(jì)算結(jié)果的分析如下空調(diào)熱負(fù)何分析夏季工況下，空調(diào)系統(tǒng)累計(jì)熱負(fù)荷為0不需要加熱。冬季工況下，由可見(jiàn)，當(dāng)保溫厚度小于100"時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)需要加熱。當(dāng)保溫厚度大于10mm時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)也不需要加熱。

（2）建筑保溫對(duì)夏季工況空調(diào)能耗的影響增加會(huì)使空由可見(jiàn)，在夏季工況下，保溫厚度對(duì)空調(diào)能耗的影響很小，調(diào)能耗稍有增加，保溫厚度為250時(shí)的空調(diào)累計(jì)冷負(fù)荷比保溫厚度為50時(shí)僅增加1%.由可以看出，在夏季空調(diào)累計(jì)冷負(fù)荷中，燈具的累計(jì)冷負(fù)荷最大，循環(huán)風(fēng)機(jī)的累計(jì)冷負(fù)荷也較大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)則起到散熱作用。由于夏季工況室內(nèi)外溫差較小，與燈具負(fù)荷相比，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量的數(shù)值很小，因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能對(duì)夏季空調(diào)負(fù)荷和能耗的影響很小。

（3）建筑保溫對(duì)冬季工況空調(diào)能耗的影響由于該建筑物室內(nèi)燈具的發(fā)熱量很大，因此即使在冬季工況，需要的供冷量遠(yuǎn)大于需要的加熱量，冷卻仍是空調(diào)系統(tǒng)的主要任務(wù)。在冬季工況下，當(dāng)保溫層厚度小于lOOmm時(shí)，保溫厚度增加會(huì)使空調(diào)累計(jì)冷負(fù)荷增加，而使累計(jì)熱負(fù)荷減小。當(dāng)保溫層厚度超過(guò)100時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷為0保溫厚度增加，對(duì)加熱能耗沒(méi)有影響，但使冬季和夏季工況的空調(diào)冷卻能耗增加，因此保溫厚度不應(yīng)超過(guò)10mm由于冬季工況可以利用室外免費(fèi)冷源進(jìn)行冷卻，冬季工況節(jié)能的主要目標(biāo)是減小空調(diào)系統(tǒng)電加熱量，因此合理的保溫厚度應(yīng)為100建筑保溫厚度為10mm時(shí)，夏季工況和冬季工況下的空調(diào)冷負(fù)荷逐時(shí)變化情況見(jiàn)和由這些計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，無(wú)論是冬季工況還是夏季工況，試驗(yàn)時(shí)間為13：00時(shí)，空調(diào)冷負(fù)荷均為最大。因此在試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)的初始時(shí)間設(shè)置在下午4：00則空調(diào)冷負(fù)荷最大時(shí)刻出現(xiàn)在凌晨5：00這是室外氣溫最低的時(shí)間，可以充分利用室外自然冷源，進(jìn)行通風(fēng)冷卻，以減少空調(diào)能耗。

試驗(yàn)時(shí)間/h冬季工況下空調(diào)冷負(fù)荷Fig.試驗(yàn)時(shí)間/h夏季工況下空調(diào)冷負(fù)荷Fig. 4結(jié)語(yǔ)太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室具有室內(nèi)燈具發(fā)熱強(qiáng)度大、室溫和燈具發(fā)熱量變化大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工狀況變化復(fù)雜的特點(diǎn)，提高其建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能對(duì)于減少空調(diào)能耗是否有利這是太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室設(shè)計(jì)工作中一個(gè)沒(méi)有解決的重要技術(shù)難題。本文采用計(jì)算機(jī)模擬分析的方法，對(duì)建筑保溫性能與空調(diào)冷熱負(fù)荷和能耗的關(guān)系進(jìn)行模擬分析研究，研究結(jié)果表明：由于燈具的發(fā)熱量很大，即使在冬季工況，需要的供冷量仍然較大，而需要的加熱量較小，建筑保溫性能增強(qiáng)會(huì)使空調(diào)加熱能耗減少，但卻會(huì)使空調(diào)冷卻能耗增加，因此盲目增加保溫厚度，不僅會(huì)使建筑保溫的一次投資增加，而且會(huì)使空調(diào)總能耗增加。對(duì)于所研究對(duì)象。當(dāng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)聚氨酯泡沫保溫層的厚度大干100時(shí)，保溫層厚度增加會(huì)使空調(diào)r994-2UT6CnmaAcaaemicoumaTErectromc總能耗增加，保溫層的合理厚度為10mm這些研究結(jié)果為太陽(yáng)輻射試驗(yàn)室建筑保溫設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。