CN103345468B - 一种基于太阳能建筑的建筑材料热物性数据库*** - Google Patents
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Abstract
一种基于太阳能建筑的建筑材料热物性数据库***，能够根据材料的中英文名称检索到相应的密度、比热和导热系数，也可以追加新的材料方法甚至参数；可以作为插件，并入建筑设计软件环境内使用。相比于书籍、手册中的图表方法。本发明提供了一个集中统一的数据平台，不仅便于设计、科研等领域的技术人员在工作中使用，也为相互之间的学术交流提供了数据标准，具有使用简单，易于普及等特点。
Description
技术领域
本发明属于建筑节能以及太阳能应用技术领域，特别涉及一种基于太阳能建筑的建筑材料热物性数据库***。
背景技术
建筑围护结构材料是建筑使用过程中室内热环境和室外热环境的关键缓冲元素，尤其当考虑如何更多地采用太阳能元素以减少建筑空调***对化石能源的依赖程度时，建筑材料的热物性是建筑设计、研究新型建筑构件、以及探索新的建筑形式的重要科学依据。目前，已有建筑材料的热物性分布各行各业的规范、手册和教材中，广为各行各业从业人员以及大专院校的科研人员使用。建筑节能本身就是各学科交叉的一个重要领域，社会对太阳能应用的重视，促使更多领域的专家和技术人员涌入这个领域。由于各自学科渊源不同，有些材料的名称不尽相同、参数的单位不统一、甚至因数据来源不同在数值上也有所差异；出于行业的需要，行业手册和学校内的教材等书籍内所提供的数据条件也不完全一致；在科研院所，建筑材料数据是其全部材料数据的一小部分，分散在各自的分类数据表中。另外，基础类书籍内许多材料名称翻译自国外，具有基础性、通用性等特点，但专业性较差，比如表面抹灰材料，非专业书籍内有时称之为粉刷材料；而泡沫玻璃保温板，有的称之为低容重闭孔泡沫玻璃。为避免混淆和方便使用，以促进建筑节能以及太阳能应用技术集成到建筑设计、建筑构件研发、甚至新型建筑结构性的研究，有必要在材料名称、数据上建立一个集中统一的交流平台，实现快速进行数据采集和处理，使各领域专家与建筑行业内专家、厂家容易相互交流研究和成果。
发明内容
本发明所解决得的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种基于太阳能建筑的建筑材料热物性数据库***，实现太阳能建筑领域中的建筑材料热物性数据的快速采集和处理。
本发明的技术解决方案：一种基于太阳能建筑的建筑材料热物性数据库***，其特征在于包括：数据输入模块、数据排序模块、数据查询模块、数据关系管理模块、材料表打印模块、墙体结构设计模块；
数据输入模块负责实现数据的输入和存储。数据既能够按照预定格式制成文件后读入，也能够直接在输入界面上手工输入，经过适当的单位转换，存入数据库，等候后面模块处理；
数据排序模块，根据材料的热物性将材料按顺序列出，点击相应表头，该列数据根据ASCII码值进行升序或者降序排列，其余全部数据记录跟着序重新排列。这样，有助于检查数据正确性、实现数据的修改以及挑选，具有一定的查询功能，但主要用于数据管理，然后更新数据；
数据查询模块，从数据库读取数据，实现名称、物性参数等查询，用于构建墙体。查询结果返回材料名称、序号等数，送至数据关系管理模块；
数据关系管理模块是本***核心，首先，其提供了维护材料数据库的基本功能；其次，提供了根据数据库材料构造墙体的功能性窗口，并建立和围护第二个数据库，即墙体结构数据库；另外，该关系管理模块也留有外部接口，供外部程序通过该接口查询和索取材料数据库数据，或者根据名称查询墙体结构数据库；该模块能同步墙体和材料两个数据库，即修改任何一方数据，另外一方会相应地进行修改。
所述数据关系管理模块具体实现如下：
（1）输入每一层材料的厚度数据；
（2）输入室内、外表面对流换热系数，其省缺值为内表面7.8W/M^2C，外表面23.3W/M^2C；
（3）根据每一层材料以及表面对流换热系数，计算墙体的总传热系数；
（4）根据上述室内、外表面对流换热系数、每一层材料密度、比热、导热系数以及厚度参数，实现z传递函数系数计算；
（5）根据上述室内、外表面对流换热系数、每一层材料密度、比热、导热系数以及厚度参数，实现墙体得热反应系数计算。
本发明与现有建筑材料数据管理技术相比的优点在于：本发明不仅集中了常见的建筑材料，并统一了名称、热物性数据及其单位；而且还能计算建筑墙体传热计算所需要的计算参数。相比于数据表、参数表以及设计手册等传统方法，该数据管理方法直观简便，便于建筑传热计算软件技术开发，也便于科技人员的学术交流。
附图说明
图1为本发明的组成框图；
图2为图1中输入模块的实现流程图；
图3为图1中查询模块的实现流程图；
图4为图1中数据关系模块的实现流程图；
图5为传热系数流程框图；
图6为z传递函数系数流程框图；
图7为反应系数流程框图；
图8为本发明常见建筑围护结构材料列表（部分）；
图9为本发明中以名称为检索关键词的材料排列图；
图10为本发明中以密度为关键词的材料排列结果图；
图11为本发明中以比热为关键词的材料排列结果图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施例。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
如图1所示，本发明***包括输入、列表、查询、关系管理等4大模块。输入模块实现数据的输入；排序模块根据参数进行列表显示，便于了解数据库内容、纠错和下一步查询；查询模块为墙体结构定义提供提取材料的方法；关系管理模块用于墙体结构定义。
如图2所示，输入模块的具体实现如下：
（1）从文件读入批量数据；
（2）从输入窗口读入单一材料数据；
（3）保存数据于数据库。
如图3所示，查询模块的具体实现如下：
（1）选择材料名称、导热系数、比热、密度之一为关键词，输入后，显示符合条件的材料列表，确认无误后，或存入指定文件，或者传给指定模块（墙体模块）；
（2）查询模块可以被墙体模块调用，用于墙体结构定义。
如图4所示，关系管理模块的具体实现如下：
（1）根据查询模块、列表模块读取材料数据，输入相应的层厚、前后表面的对流化热系数；
（2）根据每一层材料以及表面对流换热系数，计算墙体总传热系数.具体的计算过程如图5所示，为：根据每层材料厚度和材料的热物性，计算单层材料的热阻；墙体表面热阻为对流换热系数的倒数。按照串联原则，计算墙体总热阻，其倒数即为总传热系数；
（3）根据上述室内、外表面对流换热系数、每一层材料密度、比热、导热系数以及厚度参数，计算z传递函数系数，具体的计算过程为（如图6所示）：确定单层材料的传递矩阵系数Ai，Bi，Ci，Di，前后墙体表面的传递系数矩阵只与对流换热系数有关。按照一定顺序，将单层矩阵连乘，得到墙体总体传热矩阵；
（4）根据上述室内、外表面对流换热系数、每一层材料密度、比热、导热系数以及厚度，计算墙体传热反应系数，具体的计算过程为（如图7所示）：变换墙体总传递矩阵，表面温度为激励信号，表面热流为输出信号；此时，系数B为分母，确定B的根后，可以得到温度离散为三角函数后的墙体表面热响应的时域变化的一组计算式。根据此组计算式，可以得到表面热流与表面本身温度以及墙体另一表面温度之间的关系系数，即反应系数。
如图8-10所示，材料库数据也可以采用表格方式进行全局浏览。图8为按预定序号进行浏览，图9是按照中文名称进行顺序浏览；图9是按照密度由小到大进行顺序浏览，图10是按照比热由小到大的顺序浏览。操作方法很简单，点击其标题栏即可；再次点击，数据则按照相反方向顺序显示。
本发明所提出的太阳能建筑的建筑材料热物性数据库方法，具有简单易行的特点，便于科研人员和技术研发使用。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
Claims (1)
1.一种基于太阳能建筑的建筑材料热物性数据库***，其特征在于包括：数据输入模块、数据排序模块、数据查询模块、数据关系管理模块、材料表打印模块、墙体结构设计模块；
数据输入模块负责实现数据的输入和存储，数据既能够按照预定格式制成文件后读入，也能够直接在输入界面上手工输入，经过适当的单位转换，存入数据库，等候后面模块处理；
数据排序模块，根据材料的热物性将材料按顺序列出，点击相应表头，该列数据根据ASCII码值进行升序或者降序排列，其余全部数据记录跟着序重新排列，然后更新数据；
数据查询模块，从数据库读取数据，实现名称、物性参数等查询，用于构建墙体，查询结果返回材料名称、序号等数，送至数据关系管理模块；
数据关系管理模块是本***核心，首先，其提供了维护材料数据库的基本功能；其次，提供了根据数据库材料构造墙体的功能性窗口，并建立和围护第二个数据库，即墙体结构数据库；该关系管理模块还留有外部接口，供外部程序通过该接口查询和索取材料数据库数据，或者根据名称查询墙体结构数据库；该模块能同步墙体和材料两个数据库，即修改任何一方数据，另外一方会相应地进行修改；
所述数据关系管理模块具体实现如下：
(1)输入每一层材料的厚度数据；
(2)输入室内、外表面对流换热系数，其省缺值为内表面7.8W/M^2C，外表面23.3W/M^2C；
(3)根据每一层材料以及表面对流换热系数，计算墙体的总传热系数；具体的计算过程为：根据每层材料厚度和材料的热物性，计算单层材料的热阻；墙体表面热阻为对流换热系数的倒数；按照串联原则，计算墙体总热阻，其倒数即为总传热系数；(4)根据上述室内、外表面对流换热系数、每一层材料密度、比热、导热系数以及厚度参数，实现z传递函数系数计算；具体的计算过程为：确定单层材料的传递矩阵系数Ai，Bi，Ci，Di，前后墙体表面的传递系数矩阵只与对流换热系数有关；按照一定顺序，将单层矩阵连乘，得到墙体总体传热矩阵；(5)根据上述室内、外表面对流换热系数、每一层材料密度、比热、导热系数以及厚度参数，实现墙体得热反应系数计算，具体的计算过程为：变换墙体总传递矩阵，表面温度为激励信号，表面热流为输出信号；此时，系数B为分母，确定B的根后，得到温度离散为三角函数后的墙体表面热响应的时域变化的一组计算式；根据此组计算式，可以得到表面 热流与表面本身温度以及墙体另一表面温度之间的关系系数，即反应系数。
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