双层屋面自然对流空气层隔热性能研究

摘要

双层屋面作为一种新型的屋面隔热方式，已经被越来越多的研究所关注。目前对于双层屋面中的空气层隔热性能的理论研究还不完善，并且在应用中重视空气层的强迫对流而忽视了自然对流。因此本文的研究着重于双层屋面的自然对流空气层，对其进行理论分析总结和数值模拟计算，这对于如何利用双层屋面空气层进行屋面隔热具有理论指导和工程参考的价值，也符合国家推进建筑节能技术发展的主流方向。
　　 本文首先运用热路图阐述了双层屋面对比单层屋面的隔热优势，在边界层传热理论和实验经验公式的基础上归纳总结了双层屋面自然对流空气层散热的理论解，并且利用热对流公式分析自然对流空气层的最佳间距；然后用CFD软件对模型进行二维数值模拟计算，讨论不同参数变化时对于双层屋面隔热性能的影响；最后根据文献中提出的利用压型钢板改善旧屋面隔热性能的新思路，建立压型钢板屋面的三维数值模型模拟计算，取不同的影响参数进行隔热比较，验证了数值模拟的可行性，得出各参数变化时对屋面隔热性能的影响趋势，为今后旧有建筑物的屋面改造提供很好的指导。
　　 结论表明了空气层的自然对流换热系数在双层屋面隔热中的重要性，同时指出壁面与气体的温差、倾斜角，空气层高度和长度都是影响双层屋面隔热效果的重要因素，并认为空气层的最佳间距为上下热边界层之和。数值的计算结果亦显示了在实际工程中，当保持良好通风状态时，加热温度越高、倾斜角越大，空气层高度越接近最佳间距的双层屋面，其隔热效果将会越好，并且利用压型钢板屋面进行旧屋面隔热改造之时，应该预估热边界层厚度，以选取合适的钢板型号。
　　 本文所得到自然对流空气层的最佳间距和各因素变化对于双层屋面隔热效果的影响，都可以为工程应用提供一定的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1课题背景以及研究意义

1.2我国建筑节能的现状以及目标

1.2.1我国建筑能耗发展趋势及建筑节能现状

1.2.2我国建筑节能的发展目标

1.3传统的屋面隔热方法

1.3.1屋面被动蒸发措施隔热

1.3.2屋面生态节能措施隔热

1.3.3屋面反射阳光措施隔热

1.3.4屋面构造措施隔热

1.4双层屋面隔热性能的研究现状及存在问题

1.4.1国内的研究现状

1.4.2国外的研究现状

1.4.3研究存在的问题

1.5本文的主要工作

2 传热学的基础理论

2.1导热的传热原理和基本方程

2.1.1导热基本定律

2.1.2导热的基本微分方程

2.2对流的传热原理和基本方程

2.2.1对流的连续性方程

2.2.2对流的动量方程

2.2.3对流的能量方程

2.3辐射的传热原理和基本方程

2.3.1黑体辐射基本定律

2.3.2实际表面辐射特性

2.4本章小结

3 双层屋面传热模型的理论求解

3.1双层屋面的模型及传热过程

3.2双层屋面和普通单层屋面的隔热比较

3.2.1两种屋面的比较模型和热路图

3.2.2两种屋面室内温度的理论解

3.3双层屋面流体传热的理论解

3.3.1大空间自然对流流体传热的理论解

3.3.2有限空间自然对流流体传热的理论解

3.3.3自然对流流体传热的综合理论解

3.4自然对流空气层最佳间距理论解

3.5本章小结

4 双层屋面传热模型的二维数值求解

4.1双层屋面的数值方法理论

4.1.1数值计算的流体动力学控制方程及离散

4.1.2湍流的基本方程及求解方法

4.1.3辐射换热模型

4.2双层屋面的数值模型

4.2.1通风层间距变化模型(工况一)

4.2.2倾斜角变化模型(工况二)

4.2.3通风长度变化模型(工况三)

4.3双层屋面的数值计算结果及分析

4.3.1工况一的计算结果及分析

4.3.2工况二的计算结果及分析

4.3.3工况三的计算结果及分析

4.4本章小结

5 双层屋面传热模型的三维数值求解

5.1压型钢板屋面的数学模型

5.1.1实验模型

5.1.2数值模型

5.1.3边界条件的设置

5.2数值计算的工况划分

5.2.1加热温度变化的模型(工况一)

5.2.2倾斜角度变化的模型(工况二)

5.2.3通风状况变化的模型(工况三)

5.2.4通风孔尺寸变化的模型(工况四)

5.3压型板屋面模型的数值计算结果与分析

5.3.1工况一的计算结果及分析

5.3.2工况二的计算结果及分析

5.3.3工况三的计算结果及分析

5.3.4工况四的计算结果及分析

5.4误差原因分析及结论

5.4.1误差原因分析

5.4.2结论

5.5本章小结

6 结论和展望

6.1本文的工作总结

6.2工作中的不足之出及未来研究的展望

参考文献

作者简历