考虑太阳辐射因素下多层墙体热湿耦合传递特性研究

摘要

建筑能耗作为为满足建筑功能和建筑舒适性服务所必需的能耗,目前在我国总能耗中已占到19～20％,但仍然低于发达国家30％～40％的平均水平,因此我国建筑能耗对能耗总量的相对值和建筑能耗的绝对值都面临持续增长的压力。对于夏季炎热地区,太阳辐射热量会通过建筑围护结构的各个部分进入室内,从而显著增加提升室内空气的温度,增加空调负荷和能源消耗；对于冬季寒冷地区,太阳辐射热量同样会通过建筑围护结构进入室内,提升室内的空气温度,从而降低能源消耗。由此可见,对不同类型地区的建筑,太阳辐射对建筑能源的消耗有着重要的影响。
　　 本文以多孔介质传热传质学中的傅立叶定律和Fick定律为基础,将空气含湿率和温度作为驱动势并考虑太阳辐射因素的影响,根据质量守恒和能量守恒定律建立了多层墙体的一维瞬态热湿耦合传递方程,对成都、武汉、上海和广州四个城市分别进行了水泥砂浆-普通红砖-水泥抹灰、水泥砂浆-轻质混凝土-水泥抹灰、水泥砂浆-混凝土-石膏板和水泥砂浆-普通红砖-石膏板四种不同墙体材料的计算机模拟,分析了在太阳辐射影响下多层墙体的热湿耦合传递特性。
　　 对多层墙体内热湿耦合传递的模拟研究结果表明太阳辐射对于围护结构的多层墙体内部的热湿传递耦合传递有着重要的影响,在太阳的持续照射下,墙体外层都会有明显的温度升高,进而使得从室外传递到室内的热量增加,太阳辐射对于墙体内层的温度影响较小,内层温度主要受到室内环境的影响；由于墙体外表面温度吸收太阳辐射而升高时,会导致该界面处的饱和水蒸汽分压力升高,墙体材料孔隙壁面上的液态水分会蒸发到孔隙空气中,造成绝对湿度随温度的上升而上升,持续的高温湿润气候会使得墙体内部出现较大的湿积累,这对于建筑围护结构的耐久性不利。通过对四个不同区域、不同气候城市的模拟,为准确分析太阳辐射下墙体内部热湿耦合传递提供了详细的数据。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 围护结构热湿耦合传递研究概述

1.3 围护结构热湿耦合传递模拟的目的和意义

1.4 围护结构热湿耦合传递的研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 建筑围护结构太阳辐射得热计算

2.1 地球的太阳辐射

2.2 墙体外表面太阳辐射得热Qrad的计算

2.2.1 太阳位置的计算

2.2.2 水平直射辐射和散射辐射强度的计算

2.2.3 垂直壁面太阳辐射得热Qrad的计算

2.3 本章小结

第3章 计算机模拟模型的构建及数值求解

3.1 墙体热湿耦合传递的计算模型

3.2 方程的数值解法

3.2.1 层间的能量和质量平衡

3.2.2 数值解法

3.3 本章小结

第4章 计算机模拟及结果分析

4.1 墙体材料介绍

4.1.1 普通红砖

4.1.2 水泥砂浆(抹灰)

4.1.3 混凝土及轻质混凝土

4.1.4 石膏板

4.2 成都地区模拟结果

4.2.1 室外太阳辐射强度

4.2.2 太阳辐射得热下墙体内部热湿传递的特性

4.3 武汉地区模拟结果

4.3.1 室外太阳辐射强度

4.3.2 太阳辐射得热下墙体内部热湿传递的特性

4.4 上海地区模拟结果

4.4.1 室外太阳辐射强度

4.4.2 太阳辐射得热下墙体内部热湿传递的特性

4.5 广州地区模拟结果

4.5.1 室外太阳辐射强度

4.5.2 太阳辐射得热下墙体内部热湿传递的特性

4.6 本章小结

结 论

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录