专利名称：热量预测方法和系统以及具有热量预测程序的记录介质的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种热量预测方法、热量预测系统、以及存储有热量预测程序的记录介质，更具体地，涉及一种用于测量流入对象的热量的热量预测方法、热量预测系统、以及存储有热量预测程序的记录介质。
背景技术：
已经开发了覆盖在各种构造物(structure)例如船、建筑物、机动车、以及电子设备的外表面，用于接收太阳辐射的太阳热反射涂层(热屏蔽涂层)。太阳热反射涂层反射太阳光，抑制构造物内温度的上升，并保护构造物的表面。太阳热反射涂层因此减少了例如构造物中空调所需的能量消耗，并且提高了构造物的耐久性。
当将太阳热反射涂层用于构造物以获得上述效果时，测量太阳热反射涂层的热屏蔽效果是很重要的。
在建筑环境工程和其它领域中使用的稳态计算提供了一种计算构造物的热负荷的简单方法。
此外，提出了一种测量热屏蔽涂层的效果的方法，该方法也使用稳态计算。在该方法中，测量热屏蔽涂层的太阳反射比，从测得的太阳反射比计算太阳吸收率，从所计算的太阳吸收率计算太阳作用气温(sol-air temperature)，并从所计算的太阳作用气温计算传热量。
专利文献1日本特开2002-39977号公报然而，在建筑环境工程和其它领域中使用的稳态计算只能够计算稳态条件下的热量，不能对热量进行考虑热容和气象条件变化的预测性计算。为了计算考虑热容和气象条件变化的非稳态条件下的热量，使用运行在大型机上的用于热负荷计算的模拟程序。然而，这样的模拟程序非常昂贵，并且不容易得到。
发明内容
本发明提供一种热量预测方法、热量预测系统、以及存储有热量预测程序的记录介质，其基本上消除了由于相关技术的局限和缺点所引起的一个或多个问题。
根据本发明的实施例的热量预测方法、热量预测系统、以及存储有热量预测程序的记录介质，提供了一种简单并且负担得起的方式来计算非稳态条件下的热量。
根据本发明的实施例，提供一种预测流入对象的热量的方法，包括下述步骤设计表示流入所述对象的热流的热回路以及表示所述热回路的方程；获取所述方程的参数；将所述参数应用到所述方程；以及求解所述方程以预测流入所述对象的热量。
根据本发明的一个方面，当流入所述对象的热流为i、太阳吸收率为a、太阳辐照度为I、外部温度为Tex、内部温度为Tin、所述对象的外部与内部之间的结构的热阻为Rc、内部结构的传热阻为rin、以及外部结构的传热阻为rex时，表示所述热回路的方程表示如下i＝{(a×I×rex)+(Tex-Tin)}/(Rc+rin+rex)。
根据本发明的一个方面，所述热量的变化通过下述步骤来预测(a)获得两组或更多组参数，每组参数对应于一个时间点；(b)将其中一组参数应用到所述方程；(c)求解所述方程，从而获得在相应时间点流入所述对象的所述热流；(d)基于在步骤(c)中获得的所述热流，获得在随后的时间点的所述热量；以及(e)重复步骤(b)到(d)，重复的次数与所述参数的组数相同。
根据本发明的一个方面，当时间点j处的内部温度为Tin(j)、时间点j+1处的内部温度为Tin(j+1)、时间点j处的外部温度为Tex(j)、通过组合与时间点j处所述对象的结构条件和内部条件有关的参数而获得的参数为H(j)′和KS(j)、以及所述对象的热容量为Ct时，时间点j+1处的内部温度Tin(j+1)如下计算Tin(j+1)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)-(Tex(j)+H(j)′/KS(j)-Tin(j))exp(-KS(j)/Ct)。
根据本发明的一个方面，所述时间点j和所述时间点j+1之间的时间间隔在约十分钟至约一小时的范围内。
根据本发明的实施例，提供一种预测流入对象的热量的系统，在其中使用表示流入所述对象的热流的热回路以及表示所述热回路的方程，该系统包括获取单元，用于获取所述方程的参数；以及处理单元，用于将所述参数应用到所述方程，并求解所述方程以预测流入所述对象的热量。
根据本发明的实施例，提供一种记录介质，其内包含有用于使计算机预测流入对象的热量的程序，所述程序包括第一代码单元，其设计表示流入所述对象的热流的热回路以及表示所述热回路的方程；第二代码单元，其获取所述方程的参数；第三代码单元，其将所述参数应用到所述方程；以及第四代码单元，其求解所述方程以预测流入所述对象的热量。
在根据本发明的实施例的热量预测方法中，通过对象的不同部分流入对象的热通过稳态计算进行计算，并且被求和以获得对象的总的热负荷。利用所计算的热负荷和上述方程，对象内部温度的变化可以例如考虑到气象条件的变化来预测。
图1是示出根据本发明实施例的典型系统结构的方框图；图2是示出根据本发明实施例的热负荷计算程序的典型处理的流程图；图3是示出用在热负荷计算中的典型参数的表；
图4是用于描述计算建筑物的热负荷的方法的图；图5是示出热负荷计算的典型处理的流程图；图6是示出用于典型模拟的建筑物的结构条件的表；图7是示出用于典型模拟的建筑物的内部条件的表；图8是示出在典型模拟中使用的建筑物所处的地点的典型气象条件的表；图9是示出在典型模拟中的计算处理的图；图10是示出典型内部温度模拟的结果的曲线图；以及图11是示出计算道路的热负荷的典型方法的图。
具体实施例方式
下面参考
本发明的优选实施例。
系统结构图1是示出根据本发明实施例的典型系统结构的方框图。
本实施例的热量预测系统100由个人计算机系统实现，其包括输入设备111、处理单元112、存储设备113、存储器114、显示设备115、以及通信设备116。
输入设备111包括例如鼠标和键盘，用于输入例如构造物的对象的信息，例如位置、尺寸、以及内部温度设置。
处理单元112包括CPU，其执行存储于存储设备113中的热负荷计算程序。
存储设备113包括盘驱动器，例如硬盘驱动器或CD-ROM驱动器。热负荷计算程序安装在存储设备113中。存储设备113也用于存储例如对象的信息和计算结果。
存储器114由例如RAM的易失性存储器实现，用作处理单元112的临时存储区域。
显示设备115由例如CRT或LCD实现，用于显示例如输入信息和计算结果。
通信单元116连接到网络例如因特网，用于访问例如气象局的数据库并获取气象信息。
热负荷计算程序图2是示出根据本发明实施例的热负荷计算程序的典型处理的流程图。在下面的描述中，以建筑物作为对象的例子。
当在步骤S1-1中开始热负荷计算程序时，在步骤S1-2，处理单元112根据热负荷计算程序显示用于请求建筑物的位置的屏幕。
当在步骤S1-3中使用者输入了建筑物的位置时，处理单元112在步骤S1-4从气象局的数据库中获取相应的气象信息。
在步骤S1-5中，处理单元112显示用于请求建筑物的方向和尺寸的屏幕。当在步骤S1-6中使用者输入了建筑物的方向和尺寸时，处理单元112在步骤S1-7中获取所输入的建筑物的方向和尺寸。
在步骤S1-8中，处理单元112显示用于请求内部信息的屏幕，该内部信息包括例如建筑物内部温度的条件。当在步骤S1-9中输入了内部信息时，处理单元112在步骤S1-10中获取内部信息。
在步骤S1-11中，处理单元112计算用于热负荷计算的参数。例如，处理单元112根据建筑物的位置计算太阳辐射量，根据其尺寸计算表面面积，根据内部信息计算建筑物的热容量。利用在建筑环境工程或其它领域中普遍采用的公式，通过稳态计算，很容易计算例如太阳辐射量的参数。例如，这些公式在EnvironmentalEngineering Text Study Group(环境工程教材研究组)编写的、Shokokusha Publishing Co.，Ltd.出版的Environmentalengineering Text(Kankyo Kougaku Kyokasho)SecondEdition中有描述。
图3是示出用在热负荷计算中的典型参数的表。
从气象信息中获取的参数包括外部温度Tex[℃]、屋顶表面太阳辐照度Ir[W/m^2]、墙表面太阳辐照度Iw[W/m^2]、以及风速v[m/s]。通过基于建筑物的位置确定当地气象站，并从例如气象局的数据库获取当地气象站的气象信息，来获得外部温度Tex[℃]。通信设备116通过例如因特网访问气象局或气象信息服务公司来获取气象信息。
根据平均大气透射率(transmittance)以及从当地气象站的气象信息中获得的光照持续时间，来计算屋顶表面太阳辐照度Ir[W/m^2]和墙表面太阳辐照度Iw[W/m^2]，所述当地气象站是基于建筑物的位置和当地气象站的纬度和经度而确定的。
当太阳常数1.37[kW/m^2]为J0、太阳高度[度]为h、并且大气透射率为P时，法线方向太阳辐射量JD可根据Buga公式由下式(1)得到JD＝0.5×J0×P^cosec(h) ... ...(1)并且，水平传播的太阳辐射量JS可通过下式(2)得到JS＝0.5×J0×sin(h)·(1-P^cosec(h))/(1-1.4×ln(p)) ...(2)水平方向太阳辐射量IH是直接到达建筑物房顶或屋顶的太阳辐射量，其可通过下式(3)得到IH＝JD×sin(h) ...(3)垂直方向太阳辐射量IV是直接到达建筑物墙表面的太阳辐射量，其可通过下式(4)得到IV＝JD×cos(h)×cos(α-AV) ...(4)在式(4)中，Av表示墙表面的方位角[度]。
水平实际太阳辐照度根据水平方向太阳辐射量和光照持续时间计算；垂直实际太阳辐照度根据垂直方向太阳辐射量和光照持续时间计算。光照持续时间可以从当地气象站的气象信息中获得。
水平实际太阳辐照度对应于屋顶表面太阳辐照度Ir[W/m^2]，垂直实际太阳辐照度对应于墙表面太阳辐照度Iw[W/m^2]。
风速v[m/s]可以从当地气象站的气象信息中获得。
从建筑物的结构条件中获得的参数包括屋顶表面太阳吸收率ar[％]，屋顶表面面积Sr[m^2]，屋顶传热阻(heat transferresistance)rrex[m^2k/W]，屋顶结构热阻Rrc[m^2k/W]，天花板传热阻rrin[m^2k/W]，墙表面太阳吸收率aw[％]，外墙传热阻rwex[m^2k/W]，墙结构热阻Rwc[m^2k/W]，以及内墙传热阻rwin[m^2k/W]。
例如，根据JIS R 3106或JIS A 5759确定屋顶表面太阳吸收率ar[％]。屋顶表面面积Sr[m^2]根据建筑物的尺寸获得。
屋顶传热阻rrex[m^2k/W]根据风速v[m/s]计算。
屋顶结构热阻Rrc[m^2k/W]基于建筑物的屋顶结构以及每个屋顶构件的导热率和厚度计算。
对于天花板传热阻rrin[m^2k/W]，使用空调工程中的常规值。
与屋顶表面太阳吸收率ar[％]的情况相同，墙表面太阳吸收率aw[％]可以根据例如JIS R 3106或JIS A 5759确定。
对于外墙传热阻rwex[m^2k/W]，使用空调工程中的常规值。
墙结构热阻Rwc[m^2k/W]基于建筑物的墙结构和每个墙构件的导热率和厚度计算。
对于内墙传热阻rwin[m^2k/W]，使用空调工程中的常规值。
从建筑物内部条件中获得的参数包括内部温度Tin[℃]，内部空气体积Vair[m^3]，内部空气容积热容量cair[Wh/m^3k]，通风换气次数N[次数/h]，以及内部热源H[W]。
内部温度Tin[℃]为固定值，其为空调温度(目标温度)。
内部空气体积Vair[m^3]根据建筑物的容积计算。
对于内部空气容积热容量cair[Wh/m^3k]，使用空气的物理属性值。
通风换气次数N[次数/h]是基于建筑物的内部的使用状态而估计的值。
内部热源H[W]是基于建筑物中使用的设备的能量消耗和建筑物中的人数而估计的值。
上述参数可以通过使用者输入或存储于存储设备113中。
在步骤S1-12中，处理单元112将上述参数应用到表示热回路的方程中，通过稳态计算解方程，从而获得建筑物的热负荷。在步骤S1-13中，处理单元112显示算出的热负荷。
热负荷计算图4是用于描述计算建筑物的热负荷的方法的图，该建筑物在下面的说明中作为对象的例子。
典型建筑物具有屋顶，其包括屋顶基部211、涂层212和天花板结构隔热物213；以及墙，每个墙包括墙基部221、涂层222和墙结构隔热物223。
在上述建筑物的屋顶的热回路中，屋顶传热阻rrex、屋顶结构热阻Rrc以及天花板传热阻rrin在外部温度Tex和内部温度Tin之间串联连接。将屋顶表面太阳辐照度Ir与屋顶表面太阳吸收率ar相乘而得到的热流(ar×Ir)流入屋顶传热阻rrex和屋顶结构热阻Rrc之间的连接点。通过屋顶流入建筑物的热流能通过使用基尔霍夫定律(Kirchhoff′s law)从表示上述热回路的方程的稳态解中得到。
外部温度Tex和内部温度Tin之间的温差由(Tex-Tin)表示。当ir表示通过屋顶流入建筑物的热流时，流出建筑物的热流表示如下{(ar×Ir)-ir} ...(8)因此，(Tex-Tin)＝ir×(Rrc+rin)-{(ar×Ir)-ir}rrex＝ir×(Rrc+rin+rrex)-(ar×Ir×rrex)...(9)因此，
(Tex-Tin)+(ar×Ir×rrex)＝ir×(Rrc+rin+rrex) ...(10)于是，通过下式可以得到流入建筑物中的热流ir＝{(ar×Ir×rrex)+(Tex-Tin)}/(Rrc+rin+rrex) ...(11)使用热流ir，通过下式可以获得屋顶表面温度TrsTrs＝Tin+ir×(Rrc+rin) ...(12)使用热流ir，通过下式可以获得天花板温度TrcTrc＝Tin+ir×rrin...(13)在上述建筑物的每个墙的热回路中，外墙传热阻rwex、墙结构热阻Rwc、以及内墙传热阻rwin在外部温度Tex和内部温度Tin之间串联连接。将墙表面太阳辐照度Iw与墙表面太阳吸收率aw相乘而得到的热流(aw×Iw)流入外墙传热阻rwex和墙结构热阻Rwc之间的连接点。与热流ir的情况相同，通过每个墙流入建筑物的热流iw能通过使用基尔霍夫定律从表示上述热回路的方程的稳态解中得到。
热流ir和iw中的每一个是每单位面积上的热流。因此，能分别计算通过屋顶和北墙、南墙、东墙和西墙的热流。当ir是屋顶每单位面积的热流，iwE是东墙每单位面积的热流，iwW是西墙每单位面积的热流，iwS是南墙每单位面积的热流，iwN是北墙每单位面积的热流，Sr是屋顶表面面积，SwE是东墙表面面积，SwW是西墙表面面积，SwS是南墙表面面积，SwN是北墙表面面积时，通过整个屋顶的热流通过下式得到ir×Sr...(14)通过东墙的热流通过下式得到iwE×SwE...(15)通过西墙的热流通过下式得到iwW×SwW...(16)通过南墙的热流通过下式得到iwS×SwS...(17)
通过北墙的热流通过下式得到iwN×SwN...(18)由于通风所引起的热流Qair通常使用上述参数通过下式获得Qair＝cair·Vair·(Tex-Tin)·N ...(19)来自内部热源的热用H表示。
流入建筑物的热量I通过将式(14)到(18)的结果、热流Qair和来自内部热源的热H相加而获得。公式表示如下I＝(ir×Sr)+(iwE×SwE)+(iwW×SwW)+(iwS×SwS)+(iwN×SwN)+Qair+H ...(20)由以上方程(20)得到流入建筑物的热量I。可以通过稳态计算容易地得到表示热回路的方程的以上参数和解。
下面说明当热流为0时如何得到内部温度Tin。
从方程(11)，得到内部温度Tin如下Tin＝Tex+(ar×Ir×rrex)-ir·(Rrc+rin+rrex)当考虑内部热源H和由通风引起的热流时，由以下方程(21)得到时间点j的内部温度Tin(j)Tin(j)＝Tex(j)+[H(j)+∑{Si·ai·Ii(j)·riex/(rex+Ric+riin)}]/[cair·Vair·N(j)+∑{Si/riex+Ric+riin}] ...(21)在方程(21)中，∑表示对屋顶以及北、南、东和西墙中的每一个在对应的括号进行计算的结果的和。
在方程(21)中，没有考虑建筑物的热容量。为了提高测量精度，优选考虑建筑物的热容量。
当屋顶结构热容量为Cr，墙结构热容量为Cw，内部空气热容量为Cair，以及内部家具热容量为Cf时，一般由以下方程(22)得到建筑物热容量CtCt＝{(Cr+Cw)/2}+Cair+Cf...(22)当时间点j处的内部温度为Tin(j)、外部温度为Tex(j)、以及屋顶表面太阳辐照度为Ir(j)时，从方程(11)得到通过屋顶流入建筑物内部的热流ir(j)如下ir(j)＝{(ar×Ir(j)×rrex)+(Tex(j)-Tin(j))}/(Rrc+rin+rrex) ...(23)当以下方程(24)用于简化时rrex+Rrc+rrin＝1/kr...(24)方程(23)表达如下ir(j)＝kr×{(ar×Ir(j)×rrex)+(Tex(j)-Tin(j))} ...(25)可以用相同的方式分别得到在时间点j处通过北、南、东和西墙的热流iwN(j)、iwS(j)、iwE(j)和iwW(j)。
当通风换气次数为N时，由以下方程(26)得到在时间点j处由通风引起的热流Qair(j)Qair(j)＝Cair(Tex(j)-Tin(j))·N(j)...(26)从方程(20)，由以下方程(27)得到在时间点j处流入建筑物的热量I(j)I(j)＝(ir(j)×Sr)+(iwE(j)×SwE)+(iwW(j)×SwW)+(iwS(j)×SwS)+(iwN(j)×SwN)+Qair(j)+H(j)...(27)当以下方程用于简化时(ir(j)×Sr)+(iwE(j)×SwE)+(iwW(j)×SwW)+(iwS(j)×SwS)+(iwN(j)×SwN)＝∑(ii(j)×Si)方程(27)表达如下I(j)＝∑(ii(j)×Si)+Qair(j)+H(j)...(28)从方程(25)和(26)，方程(28)表达如下I(j)＝∑[ki×Si×{(ai×Ii(j)×riex)+(Tex(j)-Tin(j))}]+{Cair(Tex(j)-Tin(j))·N(j)}+H(j)...(29)外部温度Tex和每个表面上的太阳辐照度Ii在时间点j和时间点j+1之间根据气象条件连续变化。然而，在接近时间点j的时间点(j+1)处的外部温度Tex和热流I基本与时间点j处相同。
因此，当Tex(j)＝Tex(j+1)Ii(j)＝Ii(j+1)时，并且当建筑物热容量为Ct时，在时间点j和时间点j+Δt(0＜Δt＜1)之间的内部温度的增量ΔTin(j)表达如下Ct·ΔTin(j)＝[∑[ki×Si×{(ai×Ii(j)×riex)+(Tex(j)-Tin(j))}]+{Cair(Tex(j)-Tin(j))·N(j)}+H(j)]·Δt...(30)当(Tex(j)-Tin(j))＝x时，以微分方程的形式表达方程(30)如下{∑ki×Si×ai×Ii(j)×riex+H(j)}-{∑ki×Si+Cair×N(j)}×x＝Ct·(dx/dt)...(31)当以下方程(32)和(33)用于简化时∑ki×Si×ai×Ii(j)×riex+H(j)＝H(j)′ ...(32)∑ki×Si+Cair×N(j)＝KS(j)...(33)方程(31)表达如下H(j)′+KS(j)×x＝Ct·(dx/dt) ...(34)方程(34)可以变形为以下方程(34-1)dx/{H(j)′+KS(j)×x}＝1/Ct·dt ...(34-1)方程(34-1)两边同乘以KS(j)得到以下方程(34-2)dx/{H(j)′/KS(j)+x}＝KS(j)/Ct·dt...(34-2)方程(34-2)可以进一步变形为以下方程(34-3)dx/{-H(j)′/KS(j)-x}＝-(KS(j)/Ct)·dt...(34-3)当通过使用以下积分公式(34-4)对方程(34-3)的两边积分时∫{dx/(a-x)}＝-{ln(a-x)+lnC} (C为积分常数)...(34-4)并且当Δt＝0且积分常数C使得Tin(j)＝Tin(j+Δt)时，得到以下方程(35)Tin(j+Δt)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)-(Tex(j)+H(j)′/KS(j)-Tin(j))exp(-KS(j)/Ct·Δt)...(35)当Δt＝1时，方程(35)表达如下
Tin(j+1)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)-(Tex(j)+H(j)′/KS(j)-Tin(j))exp(-KS(j)/Ct) ...(36)可以通过在方程(36)中为内部温度Tin赋予适当的初始值来模拟内部温度的变化。时间点j和时间点j+1之间的时间间隔优选在约10分钟和约一小时之间。
当不考虑建筑物热容量Ct时，以下方程(37)可以用于模拟内部温度TinTin(j)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)...(37)通过使用方程(24)、(32)和(33)重写方程(21)，得到方程(37)。
可以通过使用从方程(12)得到的以下方程(38)来模拟屋顶表面温度Trs的变化Trs(j)＝Tin(j)+ir(j)×(Rrc+rrin)...(38)可以通过使用从方程(13)得到的以下方程(39)来模拟天花板温度Trc的变化Trc(j)＝Tin(j)+ir(j)×rrin...(39)热负荷计算处理下面说明热负荷计算的典型处理。
图5是示出热负荷计算的典型处理的流程图。
在步骤S2-1中，处理单元112通过结合所得到的热阻值来计算系数(1/ki)。通过将所得到的热阻值riex、Ric和rrin应用到方程(24)来得到系数(1/ki)。i代表表示屋顶的r、表示东墙的wE、表示西墙的wW、表示南墙的wS和表示北墙的wN。
在步骤S2-2中，处理单元112通过结合所得到的热容量值来计算建筑物热容量Ct。通过在方程(22)中对Cr、Cw和Cf赋予所得到的热容量值来计算建筑物热容量Ct。
在步骤S2-3中，处理单元112通过使用方程(32)和(33)结合参数，该参数包括通过结合热阻得到的系数(1/ki)和得到的建筑物热容量Ct。
在步骤S2-4中，处理单元112将时间点j复位为0。
在步骤S2-5中，处理单元112得到在时间点j处的参数。在步骤S2-6中，处理单元112在方程(36)中应用得到的参数，从而计算在时间点j+1处的内部温度Tin(j+1)。
在步骤S2-7中，处理单元112判断是否完成了全部计算。如果没有完成，则处理单元112在步骤S2-8中递增j的值，重复从步骤S2-5开始的步骤。当完成了全部计算时，处理单元112显示结果。
模拟结果下面说明使用上述热量预测系统进行的模拟的例子。
图6是示出在典型模拟中使用的建筑物的结构条件的表。图7是示出在典型模拟中使用的建筑物的内部条件的表。图8是示出在典型模拟中使用的建筑物所在的地点的典型气象条件的表。图9是示出在典型模拟中的计算处理的图。图10是示出典型内部温度模拟的结果的曲线图。
在该典型模拟中，使用日本Fukushima县Koriyama市的仓库。将在6月13日24:00测量的内部温度18.5℃作为初始值。
通过在图9中的(A)所示的方程中应用图6所示的结构条件，得到作为热阻的和的参数(1/ki)。
通过在图9中的(B)所示的方程中应用图7所示的内部条件，得到建筑物热容量Ct。
通过在图9中的(C)所示的方程(32)和(33)中应用在时间点j＝0时的参数，得到参数H(j＝0)′和KS(j＝0)。
通过在图9中的(D)所示的方程(36)中应用初始内部温度Tin(j＝0)＝18.5℃与在图9中的(C)得到的参数H(j＝0)′和KS(j＝0)，得到与时间点j＝0相距1小时(Δt)的时间点的内部温度Tin(j＝1)。如上所示，可以通过使用在时间点j＝0(6月13日24:00)的参数来预测在时间点j＝1(6月14日1:00)的内部温度Tin(j＝1)。
以类似方式，可以通过在图9中的(E)所示的方程(方程(36)的等价方程)中应用在时间点j＝1处的参数，得到在时间点j＝j+1＝2处的内部温度Tin(j＝2)。此外，可以类似地预测在随后的时间点j的内部温度Tin(j)。
在图10中，标记○表示以上典型内部温度模拟的每小时预测结果。
根据本实施例的典型内部温度模拟的结果示出与在图10中由标记●表示的实际测量结果近似相同的温度变化。这个结果显示，根据本发明的实施例的热量预测方法能够进行准确的内部温度模拟。在相同的曲线图中，标记△示出不考虑建筑物热容量进行的内部温度模拟的结果，其与实际测量结果显著不同，因此不准确。从以上结果明显可以看出，为了进行准确的模拟，应当考虑例如气象条件和建筑物的热容量的参数。曲线图中的线示出外部温度Tex的变化。
温度Tin的变化的预测使得能够评价涂层212和222。
效果在使用热回路进行计算的根据本发明实施例的热量预测方法中，分别计算通过屋顶和北、南、东和西墙的热流，由通风引起的热流，以及来自内部热源的热流；将这些算出的热流求和以得到对象的总的热负荷。使用该热量预测方法，可以通过稳态计算很容易地计算热流。
其他在以上实施例中模拟了内部温度Tin。然而，根据本发明实施例的热量预测方法，可以应用于模拟例如可以使用热回路来计算温度的天花板温度和墙表面温度。此外，还可以从热流模拟的结果计算空调设备的功耗。
在以上实施例中，计算了建筑物的热负荷。然而，本发明还可以应用于计算例如公路的任何其他构造物的热负荷。
图11是示出计算公路的热负荷的典型方法的图。
图11所示的典型公路具有分层结构，其中路基(road bed)312布置在土壤311上，路面承重层(road base)313布置在路基312上，基面(base pavement)314和表面315布置在路面承重层313上，在表面315上形成涂层316。
在图11所示的公路的典型热回路中，作为土壤311的热阻的土壤热阻Rr1、路基结构热阻Rr2、作为路面承重层313的热阻的路面承重层热阻Rr3、基面结构热阻Rr4和表面传热阻rrex在外部温度Tex和地下温度Tin之间串联连接。使用以上热回路，可以以与建筑物相同的方式来预测通过公路的层的热流。对通过公路的层的热流的预测使得能够评价涂层316。
如上所述，本发明实施例不仅能够预测建筑物中的温度变化、热流等，还能够预测例如公路的任何其他对象的温度变化和热流等。
本发明不限于所公开的具体实施例，在不脱离本发明的范围内，可以做出变化和变形。
本申请基于2005年7月7日提交的日本在先申请第2005-198760号，其全部内容在此引入作为参考。
权利要求
1.一种预测流入对象的热量的方法，包括下述步骤设计表示流入所述对象的热流的热回路以及表示所述热回路的方程；获取所述方程的参数；将所述参数应用到所述方程；以及求解所述方程以预测流入所述对象的热量。
2.根据权利要求1所述的预测流入对象的热量的方法，其特征在于，当流入所述对象的热流为i、太阳吸收率为a、太阳辐照度为I、外部温度为Tex、内部温度为Tin、所述对象的外部与内部之间的结构的热阻为Rc、内部结构的传热阻为rin、以及外部结构的传热阻为rex时，表示所述热回路的方程表示如下i＝{(a×I×rex)+(Tex-Tin)}/(Rc+rin+rex)。
3.根据权利要求1所述的预测流入对象的热量的方法，其特征在于，所述热量的变化通过下述步骤来预测(a)获得两组或更多组参数，每组参数对应于一个时间点；(b)将其中一组参数应用到所述方程；(c)求解所述方程，从而获得在相应时间点流入所述对象的所述热流；(d)基于在步骤(c)中获得的所述热流，获得在随后的时间点的所述热量；以及(e)重复步骤(b)到(d)，重复的次数与所述参数的组数相同。
4.根据权利要求1所述的预测流入对象的热量的方法，其特征在于，当时间点j处的内部温度为Tin(j)、时间点j+1处的内部温度为Tin(j+1)、时间点j处的外部温度为Tex(j)、通过组合与时间点j处所述对象的结构条件和内部条件有关的参数而获得的参数为H(j)′和KS(j)、以及所述对象的热容量为Ct时，时间点j+1处的内部温度Tin(j+1)如下计算Tin(j+1)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)-(Tex(j)+H(j)′/KS(j)-Tin(j))exp(-KS(j)/Ct)。
5.根据权利要求4所述的预测流入对象的热量的方法，其特征在于，所述时间点j和所述时间点j+1之间的时间间隔在约十分钟至约一小时的范围内。
6.一种预测流入对象的热量的系统，在其中使用表示流入所述对象的热流的热回路以及表示所述热回路的方程，该系统包括获取单元，用于获取所述方程的参数；以及处理单元，用于将所述参数应用到所述方程，并求解所述方程以预测流入所述对象的热量。
7.根据权利要求6所述的预测流入对象的热量的系统，其特征在于，当流入所述对象的热流为i、太阳吸收率为a、太阳辐照度为I、外部温度为Tex、内部温度为Tin、所述对象的外部与内部之间的结构的热阻为Rc、内部结构的传热阻为rin、以及外部结构的传热阻为rex时，表示所述热回路的方程表示如下i＝{(a×I×rex)+(Tex-Tin)}/(Rc+rin+rex)。
8.根据权利要求6所述的预测流入对象的热量的系统，其特征在于，所述热量的变化通过下述步骤来预测(a)获得两组或更多组参数，每组参数对应于一个时间点；(b)将其中一组参数应用到所述方程；(c)求解所述方程，从而获得在相应时间点流入所述对象的所述热流；(d)基于在步骤(c)中获得的所述热流，获得在随后的时间点的所述热量；以及(e)重复步骤(b)到(d)，重复的次数与所述参数的组数相同。
9.根据权利要求6所述的预测流入对象的热量的系统，其特征在于，当时间点j处的内部温度为Tin(j)、时间点j+1处的内部温度为Tin(j+1)、时间点j处的外部温度为Tex(j)、通过组合与时间点j处所述对象的结构条件和内部条件有关的参数而获得的参数为H(j)′和KS(j)、以及所述对象的热容量为Ct时，时间点j+1处的内部温度Tin(j+1)如下计算Tin(j+1)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)-(Tex(j)+H(j)′/KS(j)-Tin(j))exp(-KS(j)/Ct)。
10.根据权利要求9所述的预测流入对象的热量的系统，其特征在于，所述时间点j和所述时间点j+1之间的时间间隔在约十分钟至约一小时的范围内。
11.一种记录介质，其内包含有用于使计算机预测流入对象的热量的程序，所述程序包括第一代码单元，其设计表示流入所述对象的热流的热回路以及表示所述热回路的方程；第二代码单元，其获取所述方程的参数；第三代码单元，其将所述参数应用到所述方程；以及第四代码单元，其求解所述方程以预测流入所述对象的热量。
12.根据权利要求11所述的记录介质，其特征在于，当流入所述对象的热流为i、太阳吸收率为a、太阳辐照度为I、外部温度为Tex、内部温度为Tin、所述对象的外部与内部之间的结构的热阻为Rc、内部结构的传热阻为rin、以及外部结构的传热阻为rex时，表示所述热回路的方程表示如下i＝{(a×I×rex)+(Tex-Tin)}/(Rc+rin+rex)。
13.根据权利要求11所述的记录介质，其特征在于，所述热量的变化通过下述步骤来预测(a)获得两组或更多组参数，每组参数对应于一个时间点；(b)将其中一组参数应用到所述方程；(c)求解所述方程，从而获得在相应时间点流入所述对象的所述热流；(d)基于在步骤(c)中获得的所述热流，获得在随后的时间点的所述热量；以及(e)重复步骤(b)到(d)，重复的次数与所述参数的组数相同。
14.根据权利要求11所述的记录介质，其特征在于，当时间点j处的内部温度为Tin(j)、时间点j+1处的内部温度为Tin(j+1)、时间点j处的外部温度为Tex(j)、通过组合与时间点j处所述对象的结构条件和内部条件有关的参数而获得的参数为H(j)′和KS(j)、以及所述对象的热容量为Ct时，时间点j+1处的内部温度Tin(j+1)如下计算Tin(j+1)＝Tex(j)+H(j)′/KS(j)-(Tex(j)+H(j)′/KS(j)-Tin(j))exp(-KS(j)/Ct)。
15.根据权利要求14所述的记录介质，其特征在于，所述时间点j和所述时间点j+1之间的时间间隔在约十分钟至约一小时的范围内。
全文摘要
本发明提供一种热量预测方法和系统以及具有热量预测程序的记录介质，该方法包括下述步骤设计表示流入对象的热流的热回路以及表示热回路的方程；获取方程的参数；将参数应用到方程；以及求解方程以预测流入对象的热量。
文档编号G01N21/27GK1892205SQ20061009025
公开日2007年1月10日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年7月7日
发明者金森博 申请人:日本油漆株式会社