空氣夾層流動(dòng)換熱特性及在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究.pdf

1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)是影響空調(diào)、供暖能耗的關(guān)鍵因素，提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能，有助于降低負(fù)荷，進(jìn)而減小建筑能耗。在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中預(yù)留空氣夾層能夠提高其傳熱熱阻，或在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式冷卻、熱風(fēng)供暖、自然通風(fēng)及新風(fēng)供應(yīng)等不同功能，所以受到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但由于目前缺少針對(duì)空氣夾層的基礎(chǔ)理論研究，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)中空氣夾層的節(jié)能設(shè)計(jì)，缺少理論依據(jù)，強(qiáng)化或弱化夾層內(nèi)空氣的流動(dòng)換熱過(guò)程，缺少運(yùn)行指導(dǎo)策略。
　　本文從揭示圍護(hù)結(jié)構(gòu)中空氣夾層內(nèi)部流動(dòng)和傳

2、熱機(jī)理入手，利用數(shù)值模擬方法，分析空氣夾層內(nèi)部的流動(dòng)和傳熱特性，提出不同夾層特征內(nèi)的流態(tài)判定準(zhǔn)則，并給出空氣夾層傳熱優(yōu)化的依據(jù)及方向。
　　針對(duì)空氣夾層的流動(dòng)問(wèn)題展開(kāi)研究，基于渦量-流函數(shù)模型，對(duì)不同尺寸及不同Ra數(shù)下，空氣夾層內(nèi)的流通工況進(jìn)行了模擬計(jì)算，通過(guò)分析夾層內(nèi)部空氣流動(dòng)特征隨 Ra數(shù)的變化發(fā)展趨勢(shì)，提出了不同幾何特征下基于Ra數(shù)的流態(tài)判定依據(jù)，并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)空氣夾層內(nèi)的流態(tài)進(jìn)行了判斷。
　　建立了封閉夾層內(nèi)空氣層流自

3、然對(duì)流和輻射耦合傳熱模型，通過(guò)計(jì)算分析了夾層中對(duì)流和輻射換熱量各自所占比例及其變化規(guī)律，結(jié)果表明，輻射換熱所占的比例在60％以上。夾層的高度、寬度、傾斜角度、壁面溫差及表面發(fā)射率均會(huì)對(duì)傳熱產(chǎn)生影響；可通過(guò)優(yōu)化夾層寬度和降低表面發(fā)射率來(lái)抑制封閉夾層的熱量傳遞。對(duì)于高度為0.8-1.5m的封閉夾層，其最佳寬度為20mm。
　　通過(guò)紊流自然對(duì)流和輻射耦合傳熱模型研究了流通夾層內(nèi)部的空氣流動(dòng)特性，考察了流通夾層的空氣流量、溫升及其影響因素

4、，發(fā)現(xiàn)壁面熱流對(duì)流通內(nèi)空氣的加熱作用僅發(fā)生在壁面附近區(qū)域；夾層高度、寬度、熱流密度及夾層與水平夾角的增加，均會(huì)增加通過(guò)夾層的空氣流量，但溫升會(huì)隨寬度及夾角的增加而降低。對(duì)于高度為2-4m的流通夾層，用于熱風(fēng)供暖時(shí)寬度不宜大于0.2m；用于通風(fēng)時(shí)最佳寬度為0.6m。
　　利用得到的空氣夾層內(nèi)自然對(duì)流流動(dòng)和換熱的相關(guān)理論，對(duì)多玻窗、Trombe墻和外墻式太陽(yáng)能煙囪等在寒區(qū)建筑中的典型應(yīng)用工況，進(jìn)行了模擬，分析了空氣夾層結(jié)構(gòu)的性能及影響

5、因素，給出了寒區(qū)多玻窗、Trombe墻和外墻式太陽(yáng)能煙囪的設(shè)計(jì)及運(yùn)行策略。
　　基于空氣夾層墻體與室內(nèi)空間共軛傳熱問(wèn)題的整體式求解法，完成了封閉夾層及流通夾層墻體共軛問(wèn)題的求解，分析了空氣夾層的應(yīng)用對(duì)室內(nèi)環(huán)境和氣流分布的影響。相對(duì)于普通房間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)中采用封閉空氣夾層時(shí)，能有效提高墻體保溫隔熱性能；當(dāng)形成流通的空氣夾層時(shí)，能通過(guò)熱風(fēng)供應(yīng)提高室溫和墻體內(nèi)壁面溫度，所以能有效改善室內(nèi)熱環(huán)境。
　　采用實(shí)測(cè)和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的

6、方法探討了太陽(yáng)能熱風(fēng)墻用于寒區(qū)農(nóng)宅時(shí)，對(duì)冬季室內(nèi)熱環(huán)境的改善程度，結(jié)果顯示太陽(yáng)能熱風(fēng)墻的三種熱風(fēng)供應(yīng)模式能夠提升室內(nèi)溫度、降低溫度波動(dòng)。提出了采用CCP局部供暖結(jié)合太陽(yáng)能熱風(fēng)墻的聯(lián)合供暖方式，模擬分析了該方式的供暖效果。
　　本文的研究工作，不僅能夠豐富空氣夾層圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)的應(yīng)用方式，為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能提供新的思路和方法，還能夠?qū)ㄖ粍?dòng)式節(jié)能方法及理論進(jìn)行補(bǔ)充，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。研究結(jié)果還適用于其他包含空氣夾