【摘要】：隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程的加速以及人民生活水平的不斷提高,建筑能源的需求量也越來越大,尤其是采暖和空調(diào),預計建筑能耗占社會總能耗的比例將增長到30%,建筑能源的使用情況備受社會的廣泛關注。減小夏季通過墻體傳入室內(nèi)的太陽輻射量對于建筑節(jié)能具有重要意義,在已有研究中,主要集中在改善圍護結構自身熱性能以達到減少圍護結構吸收太陽能的目的,如新型墻體結構材料的研發(fā)和改進,圍護結構外飾面材料等。實際中,輻照到建筑圍護結構外表面的太陽能傳入墻體內(nèi)部的熱量,不僅受上述墻體本身性能的影響,還受到表面對流換熱系數(shù)的顯著影響,而對流換熱系數(shù)因建筑群布局和背景風場的不同可能在較大范圍內(nèi)變化,為此,本文以上海地區(qū)典型夏季氣候條件為背景,研究建筑外表面對流換熱系數(shù)對南墻吸收太陽輻射的影響,以便為建筑布局在建筑節(jié)能中可能發(fā)揮的作用提供理論依據(jù)。本文以自保溫外墻的普通居住建筑中間層中間位置房間為研究對象,采用計算流體動力學(CFD)數(shù)值模擬的方法對圍護結構傳熱過程進行動態(tài)模擬,分析在不同的天氣條件(晴天、少云、多云、陰天),實際傳入南墻內(nèi)部的太陽能受外表面換熱系數(shù)的影響效果。研究結果表明,在太陽輻射作用下,建筑外表面對流換熱系數(shù)對圍護結構吸收太陽輻射熱量的影響很大。由于墻體只在白天吸收太陽輻射,而對流換熱全天都在進行,故墻體的得熱量受對流換熱系數(shù)的影響特征在晝夜呈現(xiàn)出了不同的規(guī)律。墻體外表面與空氣的對流換熱系數(shù)增大時,能夠大幅減少夏季由于太陽輻射而增加的墻體凈得熱量。結果表明,當在同一太陽輻射強度狀態(tài)下,外表面對流換熱系數(shù)為19 W/(m~2·K)時的南墻凈得熱量比8.5 W/(m~2·K)(對應靜風條件或建筑群氣流不暢的情況)時的凈得熱量約少40%,這意味著,在夏季,即使是在太陽輻射強度小的陰天,如果建筑群氣流不暢,將導致圍護結構與周圍空氣的對流換熱量少,仍可能使墻體實際吸收的太陽輻射熱量大于晴天情況下的得熱量,這些熱量積聚在墻體中,將引起圍護結構冷負荷增加。能夠在夏季形成建筑群內(nèi)部良好通風環(huán)境的建筑布局形式,可以大幅度減小墻體對太陽輻射的實際吸收量,從而實現(xiàn)建筑節(jié)能。
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU111
【圖文】：

太陽輻射能是地球上熱量的基本來源，建筑物外部主要的氣候條件之一，也是影響建筑能耗的重要因素。建筑外圍護結構接收到的輻射主要為直射輻射和散射輻射，如圖1-5所示。“太陽直射輻射”是指透過大氣層直接達到地面的太陽輻射，方向未被改變，相應的，“太陽散射輻射”是指太陽輻射在透過大氣層中，被大氣中的氣體分子、固液態(tài)顆粒反射，無特定方向的輻射。在我國，北方和西北地區(qū)主要以太陽直射輻射為主，而在南方地區(qū)，天空散射輻射所占的比重相對較大[23]。影響太陽輻射的因素很多，其中主要包括太陽的高度角、大氣透明度、地理緯度、天空云量和海拔高度等因素，它隨地理位置、氣候、季節(jié)，甚至同一天內(nèi)的不同時間而發(fā)生變化。根據(jù)氣象學定義[24]，根據(jù)云量對不同天氣進行如下定義：云量在 0%-10%為晴天；10%-30%為少云；30%-70%為多云；大于 70%為陰天。《民用建筑熱工設計標準》[20]指出

系數(shù)對自保溫南外墻吸收太陽輻射情況的影響作用，本文擬采用 CFD 數(shù)值模擬的方法，根據(jù)上海地區(qū)的典型室外氣象數(shù)據(jù)資料，對建筑物南向房間的內(nèi)外圍護結構進行連續(xù)數(shù)天的動態(tài)傳熱數(shù)值模擬，具體研究路線如圖1-6所示。為簡化計算的工作量，對模型做如下假設：(1) 假設同一天氣條件下每日的氣溫和太陽輻射變化規(guī)律相同；(2) 夏季室內(nèi)溫度設為 26℃。

房間尺寸為 4m×3.6 m×2.8 m (進深×寬×高)，窗墻比為 40%。建筑模型以及墻體結構如圖2-2 所示。(a) 墻體模型 (b) 計算對象 (c) 墻體結構圖 2-2 建筑模型和墻體結構圖 2-2 (a)為建筑模型的中間兩層，圖 2-2 (b)為本文的計算對象，其在整個建筑中的橫截面為圖 2-2 (a)中深灰色部分。建筑外墻采用自保溫墻，構造如圖2-2 (c)所示，樓板為鋼筋混凝土結構。材料的厚度和參數(shù)見表 2-1。表 2-1 圍護結構的物性參數(shù)建筑結構材料名稱厚度 /mm密度 /(kg·m-3)熱容 cp/(J·kg-1·K-1)導熱系數(shù) /(W·m-1·K-1)結構層細石空心混凝土砌塊240 1000 1170 0.296抹灰層 砂漿 20 1800 1050 0.930樓板 鋼筋混凝土 100 2500 920 1.740內(nèi)墻 鋼筋混凝土 100 2500 920 1.7402.4.2 邊界條件采用 Gambit 2.4.6 軟件生成數(shù)值計算區(qū)域所需的網(wǎng)格，以 ANSYS16.0 作為本文數(shù)值模擬的基本程序。離散控制方程為有限容積法，對離散方程的差分為Second Order Upwind 格式。采用非穩(wěn)態(tài)計算方法，時間步長為 10 s

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本文編號：2795750