室内外气温对建筑围护结构吸收太阳能的影响

摘要

随着城市的快速发展，城市人口急速增加同时也引起了住房需求的扩大。房屋建筑规模的增大引发了许多问题，集中表现在建筑能耗的增高。我国是一个能源消费大国，全年总量居世界第二位，在总能耗中，建筑能耗占30％～40%左右。据统计，全国新建以及既有房屋中能够达到建筑节能设计标准的不足1%，而约210亿平方米的住宅建筑存在着保温隔热性和气密性差、供热系统热效率低下等问题，建筑节能己成为国家的重大战略问题。
　　建筑围护结构包括墙体结构、门窗以及屋面等，而墙体作为围护结构的主体部分，在冬季充分吸收太阳能是降低供暖能耗的主要途径。太阳辐射加热墙体后，受热墙体通过对流散热向大气中散发热量，因此墙体对太阳能的净吸收热量不仅受墙体表面吸收系数的影响，还受控于墙体表面温度和对流换热系数。
　　此外，加强墙体结构的保温系统可以有效地减缓建筑物的热损失，对建筑节能有至关重要的作用。常见的墙体保温方式可分为内、外保温。由于内、外保温墙体暴露在室外侧的结构不同，内保温时与大气接触的是热容量较大的钢筋混凝土层，而外保温时与大气接触的是热容量较小的保温材料，因此内、外保温墙体的外表面温度差别很大，导致受太阳辐射加热的墙体通过对流换热向大气中的散热量差别大，进而影响了墙体对太阳能的实际吸收效果。
　　我国长江中下游地区为非集中供暖地区，供暖需求以及采暖时间不同使室内气温不同，冬季室外气温比室内气温低，所以室内气温越高，墙体由于室内外温差增大所造成的热量损失越大，使得外墙对太阳能的利用率大大降低。由于室外气温影响着墙体的外表面温度，而室内外温差影响着墙体的热损失，因此，室外气温和室内温度均是影响墙体吸收太阳能的重要因素。
　　室外气温不断变化，因此围护结构的传热过程为非稳态过程，为了寻求墙体太阳辐射净得热量与室、内外气温以及保温层位置的直接关系，本文以上海为代表的长江中下游地区为研究背景，采用数值模拟方法，探讨室内外热环境和保温方式对墙体对太阳能吸收效果的影响，为优化建筑节能设计方案提供理论依据。
　　研究结果表明，室外气温越高而室内气温越低，墙体对太阳能的吸收效果越好。另外，不管室内、外热环境如何，内保温墙体的太阳能净得热量始终都是外保温的大约2倍以上，这表明内保温更有利于长江下游地区居住建筑对太阳能的吸收；随着室外气温的升高，在室内平均气温较低时内保温墙体吸收太阳能的优势更为显著。根据我国长江中下游地区冬季非集中供暖特征，大多数居住建筑采用人在供暖，人离停止的间歇式供暖方式，与一些寒冷的集中供暖地区相比，室内平均气温偏低，而室外平均气温较高，因此采用内保温能更有利于实现该地区冬季建筑节能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

主要符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 建筑围护结构保温技术的发展

1.3建筑吸收太阳能的研究和应用

1.4国内外研究现状

1.5本文研究内容及研究方法

第二章 物理模型与计算方法

2.1 引言

2.2数值计算方法及模型建立

第三章 室外气温对墙体的太阳辐射得热量的影响

3.1 引言

3.2 外保温墙体的得热量分析

3.3 内保温墙体的得热量分析

3.4本章小结

第四章 室内气温对墙体的太阳辐射得热量的影响

4.1 墙体温度的分布特征

4.2 室内气温对墙体的太阳辐射得热量的影响

4.3 本章小结

第五章 主要结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢