夏熱冬冷地區(qū)建筑墻體熱、空氣、濕耦合遷移特性研究.pdf

1、夏熱冬冷地區(qū)氣候變化劇烈，建筑墻體長期暴露在高溫高濕的氣候環(huán)境下，墻體內(nèi)的熱、空氣、濕傳遞對墻體的熱工性能、建筑能耗、室內(nèi)熱濕環(huán)境以及室內(nèi)空氣品質(zhì)均有重要的影響。故本文以最新的多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)理論為基礎(chǔ)，對我國夏熱冬冷地區(qū)建筑墻體內(nèi)的熱、空氣、濕耦合遷移特性從數(shù)學(xué)模型的建立、求解、驗(yàn)證以及模型應(yīng)用等方面進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的研究。
　　首先，考慮熱傳遞、空氣滲透、濕傳遞以及它們之間的相互耦合作用，建立了建筑墻體熱、空氣、濕耦合傳遞模型

2、。模型以相對濕度作為濕驅(qū)動勢，避免了各墻體部件在交界面處以及墻體表面與空氣邊界處含濕量不連續(xù)的問題，從而使得墻體表面的吸放濕過程與墻體內(nèi)部的熱濕遷移過程有機(jī)結(jié)合，簡化了分析過程。
　　其次，應(yīng)用基于有限元方法的多物理場耦合模擬仿真軟件COMSOLMultiphysics對建筑墻體熱、空氣、濕耦合傳遞模型進(jìn)行求解。用泊松方程模型獨(dú)立求解空氣流動方程，獲得墻體內(nèi)的空氣壓力分布，進(jìn)而計算通過建筑墻體孔隙內(nèi)的空氣流量，然后將其作為熱濕方程

3、的輸入?yún)?shù)，采用系數(shù)形式的偏微分方程模型對熱濕控制方程及對應(yīng)邊界條件同時進(jìn)行求解，從而獲得墻體內(nèi)的熱濕分布。
　　再次，搭建了墻體熱濕耦合傳遞實(shí)驗(yàn)測試平臺，測試了長沙地區(qū)實(shí)際氣候條件下加氣混凝土墻體內(nèi)的溫濕度分布情況，為驗(yàn)證墻體熱濕耦合模型提供了實(shí)測數(shù)據(jù)。
　　然后，將新建模型模擬結(jié)果與EN15026驗(yàn)證實(shí)例、HAMSTAD驗(yàn)證實(shí)例和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了新建模型的正確性。對比結(jié)果表明:新建模型模擬結(jié)果與EN15026驗(yàn)證

4、實(shí)例和HAMSTAD驗(yàn)證實(shí)例高度吻合;新建模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，室內(nèi)側(cè)分界面處空氣相對濕度的平均偏差為4.7％，溫度的平均偏差為0.4℃，室外側(cè)分界面處空氣相對濕度的平均偏差為3.7％，溫度的平均偏差為0.93℃。
　　最后，基于本文所建熱、空氣、濕耦合模型，分析了我國夏熱冬冷地區(qū)建筑墻體內(nèi)濕傳遞對墻體熱工性能及建筑能耗的影響;優(yōu)化了該地區(qū)外墻保溫層厚度，并分析了墻體內(nèi)濕傳遞對優(yōu)化結(jié)果的影響;提出了墻體內(nèi)霉菌生長控制策略

5、及霉菌生長風(fēng)險評估指標(biāo)。
　　根據(jù)空調(diào)度日數(shù)(CDD26)和采暖度日數(shù)(HDD18)將夏熱冬冷地區(qū)分為四個子氣候區(qū)域，并在每一子氣候區(qū)域選取一個典型城市作為研究城市。以典型城市成都、上海、長沙和韶關(guān)為例，選取我國夏熱冬冷地區(qū)居住建筑常用磚墻（水泥砂漿-紅磚-石灰水泥砂漿）為研究對象，分析了該地區(qū)建筑墻體內(nèi)濕傳遞對墻體熱工性能及建筑能耗的影響，結(jié)果表明該地區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)濕傳遞對建筑熱性能和能耗性能有顯著的影響。具體分析結(jié)果如下:<

6、br>　　(1)當(dāng)忽略濕傳遞時，夏季和冬季的峰值負(fù)荷分別被高估了2.1～3.9％和4.2～10.1％:
　　(2)忽略濕傳遞情況下，制冷季總的顯熱負(fù)荷被高估了5.1～37.1％;
　　(3)制冷季總的潛熱負(fù)荷占全熱負(fù)荷的14.3～52.2％，全年潛熱負(fù)荷占全年全熱負(fù)荷的4.9～6.6％;
　　(4)當(dāng)忽略濕傳遞時，制冷季、供暖季和全年全熱負(fù)荷分別被低估了9.9～34.4％、1.6～4.0％和4.4～6.8％。
　

7、　考慮墻體內(nèi)濕傳遞對采暖空調(diào)能耗費(fèi)用的影響，根據(jù)壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析，優(yōu)化了夏熱冬冷地區(qū)外墻保溫層厚度，并分析了墻體內(nèi)濕傳遞對優(yōu)化結(jié)果的影響。以典型城市成都、上海、長沙和韶關(guān)為例，以該地區(qū)居住建筑中常用的磚墻為研究對象，對常用保溫材料EPS板的厚度進(jìn)行了優(yōu)化。具體結(jié)果如下:
　　(1) EPS保溫外墻的最小壽命周期內(nèi)總投資現(xiàn)值為103.10～120.87元/m2，而其最大壽命周期內(nèi)凈現(xiàn)值為43.12～113.74元/m2;
　

8、　(2) EPS保溫板的最佳厚度為0.086～0.115m;
　　(3)當(dāng)不考慮墻體內(nèi)濕傳遞影響時，最小壽命周期內(nèi)總投資現(xiàn)值LCTop、最大壽命周期內(nèi)凈現(xiàn)值LCSop和最佳保溫層厚度xop分別被低估了5.18～8.84％、23.19～34.49％和4.35～6.98％。
　　為了控制墻體內(nèi)霉菌滋生，提出了墻體內(nèi)霉菌生長控制策略以及霉菌生長風(fēng)險評估指標(biāo)，并以成都、上海、長沙和韶關(guān)為例，對居住建筑中常用磚墻內(nèi)的霉菌生長風(fēng)險評估指