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域關注的主要問題。建筑圍護結構蓄熱是指建筑材料在其表面溫度或熱流波動作用下吸收熱量的性能，對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式建筑技術的興起，建筑蓄熱設計及其對室內(nèi)熱環(huán)境和建筑能耗影響的定量評價問題日益凸顯。對建筑蓄熱理論的深入研究，有助于推動建筑熱工技術的進一步發(fā)展，具有重要的理論價值與工程應用意義。
　　首先，針對建筑圍護結構蓄熱設計、性能分析與評價

2、所面臨的選擇何種性能參數(shù)問題，對目前國際上兩種較完整的基于諧波分析法和傳遞函數(shù)法建立的圍護結構蓄熱性能參數(shù)體系進行對比研究。對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標準中的蓄熱性能參數(shù)進行溯源分析，研究結果表明：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，確定了兩種體系對應參數(shù)之間的轉換關系式；給出了熱惰性指標D與溫度波衰減延遲的關系式，可使我國關于熱惰性指標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結構隔熱性能關鍵表征參數(shù)為衰減倍數(shù)和延遲時間，冬季室內(nèi)熱源間歇運行或被動式建筑自然室溫條件下圍護結構熱穩(wěn)定性能關鍵表征參數(shù)為內(nèi)表面蓄熱系數(shù)或吸熱系數(shù)。
　　其次，基于關鍵蓄熱性能參數(shù)的理論計算分析，研究蓄熱材料及構造形式對圍護結構蓄熱性能的影響。根據(jù)對熱惰性指標D及蓄熱系數(shù)S計算式的推導，提出以熱擴散系數(shù)a和熱滲透系數(shù)b作為遴選蓄熱材料的指標，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對常規(guī)多層復合外圍護結構隔熱性能與熱穩(wěn)定性能關鍵表征參數(shù)的影響，在傳熱系數(shù)K和熱惰性指標D一定時，“外保溫層+內(nèi)結構層”排列順序結構的綜合蓄熱性能最好；基于“劇烈波動層”理論模型，提出“外保溫層+中間結構層+內(nèi)蓄熱層”形式的新型蓄熱外圍護結構，該結構形式將結構層與蓄熱層分開設置，充分發(fā)揮了不同材料的優(yōu)勢。對內(nèi)蓄熱層厚度進行分析計算，發(fā)現(xiàn)其值可取為蓄熱材料的劇烈波動層厚度，熱源波動周期

5、T=24h下，其有效蓄熱厚度為8~10cm。
　　再次，對大連地區(qū)過渡季自然運行建筑和供暖季間歇運行建筑室內(nèi)熱波動狀況進行了實測，從室內(nèi)空氣溫度的波動幅度、峰值時刻、波動周期等方面進行分析，確定了測試期間室內(nèi)溫度波動規(guī)律，為數(shù)值分析提供室內(nèi)側周期性波動的熱邊界條件；對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行了測試，通過積分計算得到了墻體的蓄、放熱量，發(fā)現(xiàn)墻體的蓄熱量和放熱量主要與室內(nèi)空氣溫度波動幅度和室內(nèi)外溫差有關。<

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結構的蓄放熱特性。建立了圍護結構動態(tài)蓄放熱模型，采用ANSYS Workbench數(shù)值模擬軟件進行求解，利用實測數(shù)據(jù)對模型的準確性進行了驗證；對最熱月、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結構內(nèi)部溫度和熱流密度分布進行求解，對比了單向與雙向熱作用下圍護結構熱響應特性的區(qū)別，考慮室內(nèi)外熱源雙向波動作用計算得出的圍護結構蓄熱能力更大，最冷月和過渡季墻體內(nèi)表面熱流密度波幅