新建建筑围护结构热湿耦合动态特性试验及数值研究

摘要

随着能源问题的不断突出、建筑能耗占社会总能耗比重的不断增长，建筑节能成为世界各国关注的热点问题。目前我国建筑节能措施主要考虑的是围护结构传热量对建筑能耗的影响，常常用传热系数的大小作为判断围护结构是否达到节能要求的主要标准，其中并没有考虑湿分的影响。然而由于建筑围护结构材料多为多孔介质，其在建成初期孔隙中极易存在湿分，墙体内部热量传递与湿分传输相互影响，具有强耦合性。含湿量不同时其传热方式不同，材料的导热系数也会随之发生变化。因此研究建筑围护结构热湿耦合传输过程十分必要，它对围护结构的热工性能、建筑能耗及对建筑物本身都有着重大的影响。
　　本论文针对新建建筑的围护结构进行热湿耦合动态特性研究。采用原位试验与数值模拟相结合的方法，通过试验和数值计算结果分析，研究了西安市新建建筑外围护结构温度、体积含湿量随时间的变化情况，以及湿度变化过程中的有效传热系数的大小变化。
　　在原位场地搭建了试验独立房屋，在其内部安装了热、湿检测系统及热流计系统，跟踪检测围护结构的温、湿度，定期检测其传热系数，并实时检测了该原位场地周围气候参数。选取可靠的测试方法对围护结构材料的热物性参数进行了实验室标定。通过试验得到了大量的有价值的试验数据。在此基础上，以实验测定结果及原位场地气候参数作为数学模型建立的基础条件，运用CHAMPS软件建立了墙体热、湿耦合动态分析计算模型，并应用建立好的墙体模型进行了1~2年的模拟计算。
　　通过原位试验和数值模拟计算得到结论，墙体温度的传递具有衰减性和滞后性；新建房屋自建成至竣工后264天，各围护结构体积含湿量在自然条件下逐渐减少，不同朝向的同类墙体以及不同类型墙体，其体积含湿量下降率有所不同，多孔砖墙>加气混凝土墙>钢筋混凝土墙体；同种类型北向墙体湿度下降率大于东向墙体。各类保温墙体的传热系数由于保温层受潮先增加然后呈逐渐下降趋势，且实际传热系数始终高于干燥状态下的理论计算值。利用CHAMPS软件对该房屋钢筋混凝土北墙2年预测计算后发现，该新建建筑围护结构体积含湿量的变化是一个复杂的、反复的周期性过程，呈先下降后上升的变化规律；2年后该墙体的有效传热系数分别减少为理论传热系数的1.12倍、1.21倍。
　　本课题的研究，为建筑围护结构保温性能的正确评价提供了帮助。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 建筑围护结构热湿耦合传递的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 不同类型围护结构热湿传递的原位试验平台

2.1 试验目的

2.2 试验方案的确定

2.3 试验装置的选择及试验测点布置

2.4 本章小结

第三章 外围护结构热湿特性试验结果与分析

3.1 钢筋混凝土墙体热湿试验结果与分析

3.2 加气混凝土墙体热湿试验结果与分析

3.3 孔型砖墙体热湿试验结果与分析

3.4 屋顶热湿试验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 建筑材料物性参数确定

4.1 干材料容积密度

4.2 干材料导热系数

4.3 材料孔隙率

4.4 材料比热容

4.5 本章小结

第五章 建筑墙体一维非稳态传热传湿数值模型的建立

5.1 数值模拟软件CHAMPS-BES简介

5.2 建筑墙体热湿耦合传递模型的建立

5.3 数学模型的求解

5.4 墙体热湿模拟计算

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢