室内外气温对冬季墙体太阳辐射净得热量的影响

摘要

长江中下游地区经济发展迅速，由于该地区冬季湿冷，室内热环境较差，越来越多的居住建筑开始考虑冬季供暖，而这势必会增加全年总能耗。考虑到围护结构对太阳能的实际吸收效果是影响供暖能耗的主要因素之一，故准确估计南墙对太阳能实际吸收率，对探索减少建筑供暖能耗的方法具有重要意义。
　　北方地区建筑外墙普遍使用外保温方案，但夏热冬冷地区冬季室内外温差远小于北方地区，故内保温和外保温方式均很普遍。在相同的太阳辐射强度作用下，墙体外侧材料的热容量不同，会引起外墙外表面温度不同，进而造成外墙外表面对流散热量不同，从而影响到墙体对太阳能的实际吸收效果。
　　已有的研究表明，墙体外侧材料特性(保温层或承重层)会影响到墙体对太阳能的吸收效果，但在这些研究中，多以室外气候条件为稳定的周期性变化或某一个典型日的气象参数为背景，而实际中建筑物经历多天的连续日照，外墙表面温度有可能逐渐升高，外墙对太阳辐射的吸收量却会逐渐减小。由此可见，连续晴朗天数对建筑物实际吸收的太阳能有一定的影响，且这种影响在供暖能耗对太阳辐射实际吸收率较敏感的夏热冬冷地区是不可忽略的。
　　本文利用实际气象数据，并采用数值模拟的方法，对建筑物南墙传热过程了连续数天的动态模拟计算，分析了南墙太阳辐射净得热量与室内外气温、保温层位置和连续晴朗天数之间的关系。
　　研究结果表明，当室内温度一定时，室外最低温度每升高4℃，内、外保温南墙外表面温度都升高近4℃，且南墙每日净得热量升高220 kJ/m2左右。相同室外温度下，室内温度每升高5℃，内、外保温南墙外表面温度有小幅升高，但内、外保温南墙每日净得热量均降低约280 kJ/m2。
　　当室内外气温条件相同时，连续晴朗天数较短时（如3天以内），内保温南墙对太阳能的实际吸收量比外保温时高30％到80%，墙体采用内保温更有利于外墙对太阳能的吸收利用。当连续晴朗天数较长时（如10天以上），内、外保温南墙的太阳辐射实际吸收率近似相等。
　　此外，本文采用数学拟合方法，得到了一个南墙太阳能每日实际吸收率与室内外平均温差和连续日照天数的半经验方程，可以作为快速计算不同保温层位置的南墙在不同室内外温差时的太阳辐射实际得热量的有效工具。

目录

声明

主要符号表

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和方法

2 物理模型与计算方法

2.1 本文研究用物理模型

2.2 计算模型

2.3 计算模型的验证

2.4 计算方法以及边界条件的设置

3 室外气温对南墙太阳辐射实际得热量的影响

3.1 内保温墙体被太阳辐射加热特征

3.2 外保温墙体被太阳辐射加热特征

3.3 日照天数对墙体实际太阳能得热量的影响

3.4 本章小结

4 室内气温对南墙太阳辐射实际得热量的影响

4.1 几乎不供暖房间南墙被太阳辐射加热的特征

4.2 连续供暖房间南墙被太阳辐射加热的特征

4.3 室内外平均温差与南墙实际吸收太阳能的相关性分析

4.4 本章小结

5 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢