夏热冬冷地区围护结构内表面传热与结露特性的热力学研究

摘要

在繁多复杂的建筑节能领域中，将一些性能优秀的围护结构使用在建筑中，并且在建筑物的生命周期中，保证其热工性能的良好表现，是维持建筑室内环境舒适且节约能源的重要方式之一。基于此，本文针对夏热冬冷地区围护结构的传热特性与长期维护中的结露问题展开讨论：　　首先，围护结构的传热过程与其热工性能息息相关，因此良好的热工性能检测方法至关重要。目前的检测手段均普遍存在实验室与实际测量结果偏差大、仪器繁琐沉重、夏热冬冷地区下测量环境受限以及精准度低等问题，因此本文针对上述缺陷提出一种基于双面热流计的平衡修正测试方法，用于优化目前的围护结构热工性能检测及计算方式。文中通过4类实测工况对该方法进行验证，结果显示：(1)针对稳态及单向非稳态传热过程的围护结构，平衡修正方法可获得较优的计算结果，误差分别为6.48%、5.56%及5.8%，准确性远高于传统单双面热流计法；(2)针对双向非稳态传热过程，结果存在较大误差75.38%，这是由于：在该传热过程中出现大量传热方向及大小完全相反的点，墙体自身内部传热波动剧烈，严重偏离了“一维稳态传热”的前提，但依旧优于传统方法误差109%，并进一步提出：使用主导热流进行热阻计算的方案，可降低偏差至7.69%；(3)该方法计算得到的逐时热阻曲线任一时段均波动平稳且更加解决真实值，因此可缩短测量时间及计算周期。综上所述，该方法可有效、快速且平稳的计算出准确围护结构热阻。　　其次，在围护结构的长期使用中，结露现象会对其传热特性会产生严重影响，夏热冬冷地区尤为明显，它的存在不但会破坏墙体自身热工性能，更会危害室内居民身体健康。因此本文针对夏热冬冷地区，简化室内表面综合对流换热系数的计算方法，以该系数为边界条件用于CHAMPS-BES软件，对3类外墙冬季内表面逐时温度进行模拟，获得最不利温度点并与附近空气露点温度进行比较，得到室内温度控制临界点，将其绘制于焓湿图中，获得结露临界曲线。结果表明：(1)基于空腔模型的简化算法可准确的获得内表面综合对流换热系数；(2 )1号墙体最“健康”，其次为2号、3号，因此保温性能越好的围护结构越不易结露，即使在夏热冬冷地区，也应适当增加保温设施；(3)面对无法进行节能保温改造的老旧建筑物，可控制其室内温湿度高于结露临界曲线，降低围护结构内表面的结露风险。综上所述，该结论及临界条件确定方法的提出有助于在生产生活中减少建筑物室内侧墙面结露现象的产生。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容及创新点

1.3.1 研究内容及方法

1.3.2 创新点

第 2 章 围护结构传热传湿与结露机理

2.1 围护结构传热机理

2.1.1 围护结构稳态传热特性

2.1.2 围护结构非稳态传热特性

2.1.3 围护结构热阻测试方法

2.2 围护结构结露机理

2.3 多孔材料热湿耦合基本理论

2.3.1 Luikov 模型

2.3.2 Philip ＆ De Vries 模型

2.3.3 Krischer，Berger ＆ Pei 模型

2.4 CHAMPS 软件

2.5本章小结

第 3 章 夏热冬冷地区典型外墙热工性能测试

3.1 测试建筑物基本情况

3.2 待测建筑物空气调节设备——空气载能辐射空调

3.2.1 系统构造及运行机理

3.2.2 系统特点

3.3 实验仪器设备

3.4 测试结果分析

3.4.1 工况一：1 号墙体冬季

3.4.2 工况二：1 号墙体夏季

3.4.3 工况三：2 号墙体秋季

3.4.4 工况四：3 号墙体春季

3.5 本章小结

第 4 章 基于双面热流计的平衡修正测试方法

4.1 基于双面热流计的平衡修正测试方法

4.1.1 传统双面热流计测试法

4.1.2 平衡修正测试方法

4.2 计算与实测结果分析

4.2.1 工况一：1 号墙体冬季

4.2.2 工况二：1 号墙体夏季

4.2.3 工况三：2 号墙体深秋

4.2.4 工况四：3 号墙体春季

4.2.5 结论

4.3 本章小结

第 5 章 夏热冬冷地区围护结构结露特性

5.1内表面综合对流换热系数hin简化计算

5.1.1内表面空气流动对流换热系数hc

5.1.2内表面辐射当量换热系数hr

5.1.3内表面质交换系数?in

5.1.4 外表面综合对流换热系数hout 及质交换?out 系数

5.1.5计算结果分析

5.2 模拟设置

5.2.1 研究城市选取

5.2.2 围护结构物理模型建立

5.2.3 定解边界条件设置

5.2.4 模拟时间设置

5.2.5 求解器参数及输出设置

5.2.6 模拟工况设置

5.3 实验验证分析

5.4 围护结构内表面结露临界条件

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

附录A（攻读学位期间参与的课题）

致谢