本文選題：建筑材料　切入點：導熱系數(shù)　出處：《西安建筑科技大學》2017年博士論文

【摘要】：建筑材料導熱系數(shù)是建筑冷熱負荷、能耗計算的重要熱工參數(shù)之一。實際使用的多孔建筑材料大多有一定的含濕率,材料含濕后傳熱性能將發(fā)生改變。但目前的建筑冷熱負荷計算方法及軟件中,往往近似認為材料物性恒定,忽略其中濕分變化對材料導熱過程的影響,造成傳熱量計算誤差。因此,研究多孔建筑材料濕分與內(nèi)部傳熱的定量變化關系,修正導熱系數(shù),對于建筑節(jié)能分析和暖通空調(diào)負荷計算均有重要意義。建筑材料內(nèi)部濕分含量、分布特征、傳遞特性是影響材料傳熱的重要因素,其不僅與材料孔隙結(jié)構(gòu)特征有關,還受熱濕傳遞環(huán)境影響。我國各地氣候差異大,且材料結(jié)構(gòu)各異。揭示材料中濕分含量、濕傳遞對傳熱過程的影響程度,定量計算后,方可準確掌握材料的傳熱性能。而從濕分的存在狀態(tài)分析,建筑材料中濕分包括靜態(tài)濕分布和濕遷移,兩者對材料內(nèi)部傳熱性能的影響機理并不相同。針對以上問題,以揭示濕分與材料導熱系數(shù)定量關系,提供含濕多孔建筑材料導熱系數(shù)的修正計算方法為目標。利用理論分析、實驗測試與數(shù)值計算的方法,研究多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征,探索濕分在其中的靜態(tài)和遷移分布,揭示濕分布過程對材料內(nèi)部傳熱作用,獲得導熱系數(shù)隨濕分的因變特征。針對靜態(tài)濕分對多孔材料導熱過程的影響作用,當前固、氣共存導熱模型僅考慮材料固體骨架和濕空氣的傳熱作用,而忽視了材料內(nèi)部吸附濕分和凝結(jié)態(tài)濕分的問題;依據(jù)材料內(nèi)部的濕分狀態(tài)變化形成的液、氣空間替換,提出了固、液、氣體共存導熱物理模型。根據(jù)多孔建筑材料孔隙結(jié)構(gòu)曲折連通特點,利用分形理論建立了基于毛細管結(jié)構(gòu)的三相共存多孔材料導熱系數(shù)計算模型。利用該計算模型,分析獲得孔隙率、孔徑分布、含濕量、分形結(jié)構(gòu)等靜態(tài)濕分布參數(shù)對材料導熱系數(shù)的定量影響關系。研究發(fā)現(xiàn):隨孔隙率的增加,導熱系數(shù)變化率先減小后增加,孔隙率小于0.1時,變化率尤為明顯;且飽和度越低,此變化特性越明顯。最小與最大孔徑比降低一個數(shù)量級,導熱系數(shù)降低約10%。隨迂曲度、迂曲度分形維數(shù)和面積分形維數(shù)的增加,導熱系數(shù)逐漸減小,尤其是面積分形維數(shù)高于1.8時,此變化趨勢更為明顯。針對濕分傳遞對導熱過程的影響作用,通過熱濕耦合機理分析,以水蒸氣分壓力梯度和溫度梯度為驅(qū)動勢,建立了無濕相變的熱濕耦合傳遞控制方程。對當前材料內(nèi)部濕凝結(jié)采用的宏觀濕分擴散理論,無法反映濕分凝結(jié)機理的問題,在無濕相變條件的熱濕耦合傳遞方程的基礎上,引入相變濕源和熱源兩項,結(jié)合經(jīng)典蒸發(fā)冷凝理論,建立了有濕相變的熱濕耦合傳遞控制方程。根據(jù)多孔材料內(nèi)部濕相變與溫濕度場的相互影響作用,提出了附加導熱量循環(huán)迭代計算方法,獲得了濕遷移和濕相變引起的附加導熱系數(shù)�；谏鲜鲇袩o相變熱濕耦合傳遞數(shù)學模型,通過大量分析計算發(fā)現(xiàn),材料導熱系數(shù)低于0.2W/(m·K)時,濕遷移引起的材料導熱系數(shù)附加修正率變化較為敏感,而附加修正率隨水蒸氣滲透系數(shù)變化較為穩(wěn)定。隨兩側(cè)傳熱溫差減小,濕遷移引起的附加導熱系數(shù)修正幅度增大。在傳熱溫差為10℃,當兩側(cè)水蒸氣分壓力從1000Pa增至4000Pa時,普通混凝土、粘土磚和加氣混凝土導熱系數(shù)可分別增大約2%、10%和35%。針對居住建筑,在采暖期、空調(diào)期工況下,分析了外保溫圍護結(jié)構(gòu)各層材料中靜態(tài)濕分布和濕遷移對導熱系數(shù)的定量影響。研究發(fā)現(xiàn)在上述兩種工況下,靜態(tài)濕分布存在導致普通混凝土主體材料導熱系數(shù)約增大8%~10%。濕遷移對材料導熱系數(shù)的影響,嚴寒及寒冷地區(qū)采暖工況下可忽略;在夏熱冬冷及夏熱冬暖地區(qū)空調(diào)工況下,普通混凝土附加修正率約為-10%~15%。綜上,普通混凝土材料導熱系數(shù)在采暖期綜合修正約為8%~9%,空調(diào)期綜合修正約為-5%~25%。
[Abstract]:The thermal conductivity of building materials is one of the important building cooling load, energy consumption calculation. The thermal parameters of porous building materials used mostly have a certain moisture content, material moisture heat transfer performance will change. But the building load current calculation methods and software, to approximate the material constant, which is ignored the moisture change influence on heat conduction process, resulting in heat transfer calculation error. Therefore, study on the relationship between the wet porous building materials and internal heat transfer, correction coefficient of thermal conductivity, the calculation has important significance for building energy analysis and HVAC load. Building materials internal moisture content, distribution, transfer characteristics is an important influence the material factors of heat transfer, which is not only related to the pore structure characteristics of materials, the heat and moisture transfer environmental impact. Our climate is different, and different material structure. Jie In the material moisture content, moisture transfer effect on the heat transfer process, quantitative calculation, we can accurately grasp the heat transfer performance of materials. From the existing state of moisture in building materials, including static wet moisture distribution and moisture migration mechanism, their influence on internal heat transfer properties of materials are not the same for. The above problems, in order to reveal the relationship between moisture and thermal conductivity of materials to provide quantitative calculating method of porous building materials thermal conductivity as the goal. By theoretical analysis, experimental test and numerical calculation method, study on the characteristics of structure in porous materials, explore the moisture in static migration and distribution of the wet process to reveal the distribution of the internal heat transfer material, to obtain thermal conductivity and moisture dependent characteristics. Based on the static moisture effect of porous materials in the heat conduction current solid, gas heat conduction model considering material coexistence The material of solid skeleton and wet air heat transfer effect, while ignoring the internal moisture adsorption and moisture condensation state; according to the material internal moisture state changes into liquid, gas space replacement, proposed solid, liquid, gas coexistence thermal physical model. According to the material characteristics of pore structure of porous building is tortuous. Established the calculation model of three-phase capillary structure of the coexistence of thermal conductivity of porous materials based on fractal theory. Using the model, analysis of porosity, pore size distribution, moisture content, quantitative relationship fractal structure of static moisture distribution parameters on the thermal conductivity of the material. The study found that: with the increase of the porosity, the thermal conductivity first decreases and then change increase the porosity is less than 0.1, the rate of change is obvious; and the saturation is low, the variation is more obvious. The minimum and maximum aperture ratio decreased one order of magnitude, the coefficient of thermal conductivity reduction About 10%. lower with the increase of tortuosity, tortuosity fractal dimension and area fractal dimension, the thermal conductivity decreased gradually, especially in the area of fractal dimension is higher than 1.8, this trend is more obvious. The moisture transfer effect on the heat conduction process, the heat and moisture coupling mechanism analysis, the water vapor pressure gradient and the temperature gradient as the driving potential, a wet wet phase coupling heat transfer control equation. The materials used inside wet condensation macro moisture diffusion theory, can not reflect the moisture condensation mechanism, based on the wet transition condition of coupled heat and moisture transfer equation on the phase transformation of wet and heat source two, combined with the classical theory of evaporation and condensation, a wet wet phase coupling heat transfer control equation. According to the interaction within a porous material wet phase change and temperature and humidity field, put forward additional heat iteration The calculation method, get the additional conductivity of moisture migration and moisture caused by the phase transition. The non phase coupled heat and moisture transfer mathematical model based on the analysis, through a large number of calculations show that the thermal conductivity is lower than 0.2W/ (M - K), the coefficient of thermal conductivity and moisture transfer caused by the additional correction rate of change is more sensitive, and additional correction the rate of the water vapor permeability coefficient change is relatively stable. With both sides of heat transfer temperature decreases, additional thermal conductivity and moisture migration caused by the correction increases. In the heat transfer temperature is 10 DEG C, when the two sides of the water vapor pressure increased from 1000Pa to 4000Pa, the ordinary concrete, the thermal conductivity of clay brick and aerated concrete can be increased by about 2% and 10% respectively. 35%. for residential buildings in the heating period, air conditioning period conditions, analysis of external thermal insulation structure of each layer in the static moisture distribution and moisture migration quantitative effect on thermal conductivity. Now the study found Two under the condition of static moisture distribution due to the thermal conductivity of ordinary concrete material increases about 8%~10%. the main influence of moisture migration on the thermal conductivity of the material, the cold and cold regions under heating condition can be neglected; in the condition of hot summer and cold winter and hot summer and warm winter area, ordinary concrete additive correction rate is about -10%~15%. in material ordinary concrete thermal conductivity on the synthetic correction during the heating period is about 8%~9%, the comprehensive correction air conditioning period is about -5%~25%.

【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU50

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