內(nèi)外熱源周期性作用下建筑蓄熱特性研究.pdf

1、降低建筑能耗及提高室內(nèi)熱舒適度是目前建筑領(lǐng)域關(guān)注的主要問題。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱是指建筑材料在其表面溫度或熱流波動(dòng)作用下吸收熱量的性能，對(duì)于建筑夏季隔熱性能及冬季熱穩(wěn)定性能具有重要作用。近年來隨著低能耗被動(dòng)式建筑技術(shù)的興起，建筑蓄熱設(shè)計(jì)及其對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境和建筑能耗影響的定量評(píng)價(jià)問題日益凸顯。對(duì)建筑蓄熱理論的深入研究，有助于推動(dòng)建筑熱工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，具有重要的理論價(jià)值與工程應(yīng)用意義。
　　首先，針對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱設(shè)計(jì)、性能分析與評(píng)價(jià)

2、所面臨的選擇何種性能參數(shù)問題，對(duì)目前國際上兩種較完整的基于諧波分析法和傳遞函數(shù)法建立的圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱性能參數(shù)體系進(jìn)行對(duì)比研究。對(duì)采用諧波分析法的俄羅斯和中國建筑熱工規(guī)范以及采用傳遞函數(shù)法的ISO標(biāo)準(zhǔn)中的蓄熱性能參數(shù)進(jìn)行溯源分析，研究結(jié)果表明：兩種理論體系下大部分蓄熱性能參數(shù)之間的物理意義相同或相近似，確定了兩種體系對(duì)應(yīng)參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式；給出了熱惰性指標(biāo)D與溫度波衰減延遲的關(guān)系式，可使我國關(guān)于熱惰性指標(biāo)D的物理意義由定性描述變?yōu)槊鞔_的定

3、量描述；確定了夏季室外熱源周期性作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能關(guān)鍵表征參數(shù)為衰減倍數(shù)和延遲時(shí)間，冬季室內(nèi)熱源間歇運(yùn)行或被動(dòng)式建筑自然室溫條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性能關(guān)鍵表征參數(shù)為內(nèi)表面蓄熱系數(shù)或吸熱系數(shù)。
　　其次，基于關(guān)鍵蓄熱性能參數(shù)的理論計(jì)算分析，研究蓄熱材料及構(gòu)造形式對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱性能的影響。根據(jù)對(duì)熱惰性指標(biāo)D及蓄熱系數(shù)S計(jì)算式的推導(dǎo)，提出以熱擴(kuò)散系數(shù)a和熱滲透系數(shù)b作為遴選蓄熱材料的指標(biāo)，并分析確定了遴選原則，從11大類（共79種）常

4、用建筑材料中遴選出適宜的蓄熱材料；分析了材料層排列順序?qū)ΤＲ?guī)多層復(fù)合外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能與熱穩(wěn)定性能關(guān)鍵表征參數(shù)的影響，在傳熱系數(shù)K和熱惰性指標(biāo)D一定時(shí)，“外保溫層+內(nèi)結(jié)構(gòu)層”排列順序結(jié)構(gòu)的綜合蓄熱性能最好；基于“劇烈波動(dòng)層”理論模型，提出“外保溫層+中間結(jié)構(gòu)層+內(nèi)蓄熱層”形式的新型蓄熱外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式將結(jié)構(gòu)層與蓄熱層分開設(shè)置，充分發(fā)揮了不同材料的優(yōu)勢(shì)。對(duì)內(nèi)蓄熱層厚度進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其值可取為蓄熱材料的劇烈波動(dòng)層厚度，熱源波動(dòng)周期

5、T=24h下，其有效蓄熱厚度為8~10cm。
　　再次，對(duì)大連地區(qū)過渡季自然運(yùn)行建筑和供暖季間歇運(yùn)行建筑室內(nèi)熱波動(dòng)狀況進(jìn)行了實(shí)測(cè)，從室內(nèi)空氣溫度的波動(dòng)幅度、峰值時(shí)刻、波動(dòng)周期等方面進(jìn)行分析，確定了測(cè)試期間室內(nèi)溫度波動(dòng)規(guī)律，為數(shù)值分析提供室內(nèi)側(cè)周期性波動(dòng)的熱邊界條件；對(duì)間歇供暖辦公室最冷月各墻體內(nèi)表面的溫度和熱流密度進(jìn)行了測(cè)試，通過積分計(jì)算得到了墻體的蓄、放熱量，發(fā)現(xiàn)墻體的蓄熱量和放熱量主要與室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)幅度和室內(nèi)外溫差有關(guān)。<

6、br>　　最后，數(shù)值分析了室內(nèi)外熱源雙向周期性作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄放熱特性。建立了圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)蓄放熱模型，采用ANSYS Workbench數(shù)值模擬軟件進(jìn)行求解，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證；對(duì)最熱月、過渡季、最冷月室外單向和室內(nèi)外雙向周期性熱作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度和熱流密度分布進(jìn)行求解，對(duì)比了單向與雙向熱作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱響應(yīng)特性的區(qū)別，考慮室內(nèi)外熱源雙向波動(dòng)作用計(jì)算得出的圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱能力更大，最冷月和過渡季墻體內(nèi)表面熱流密度波幅