隨著我國建筑能耗急劇增長,建筑節(jié)能已成為可持續(xù)發(fā)展的重要部分。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是建筑節(jié)能的基礎(chǔ)和重要保障,其中墻體的保溫性能和蓄熱性能對于維持穩(wěn)定的室內(nèi)熱環(huán)境具有重要作用。由此,工程中逐漸涌現(xiàn)出相變蓄熱墻體這類新型圍護(hù)結(jié)構(gòu),由于相變材料的變物性特征,需要采用變物性參數(shù)的非線性方程來描述傳熱過程,對墻體傳熱模擬技術(shù)提出了新要求,同時相變蓄熱墻體的熱工設(shè)計應(yīng)與地區(qū)氣候相適應(yīng),不同地區(qū)所適用的相變材料的相變溫度、相變材料厚度及保溫材料類型與厚度等也不盡相同,需要開展相變蓄熱墻體的優(yōu)化設(shè)計研究。本文從相變蓄熱墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工計算和優(yōu)化設(shè)計的角度出發(fā),通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研,開發(fā)了相變蓄熱墻體傳熱計算程序,開展了數(shù)值模型的驗證,完成與建筑能耗模擬軟件DeST的集成應(yīng)用;提出了自由運行建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能性能評價指標(biāo),編寫了室內(nèi)空氣溫度逐時值迭代求解和評價指標(biāo)計算程序;基于遺傳算法建立了多變量單/多目標(biāo)優(yōu)化模型,開發(fā)了優(yōu)化設(shè)計程序,主要研究工作如下:（1）通過總結(jié)梳理國內(nèi)外文獻(xiàn)和主流軟件中相變蓄熱墻體傳熱計算模型的優(yōu)缺點和不足,在此基礎(chǔ)上,利用熱容法數(shù)學(xué)模型、有限差分法離散方法及逐次超松馳迭代... 

【文章來源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)移峰填谷示意圖（作者自圖

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2熱穩(wěn)定性[6]。其應(yīng)用場景如圖1.2。相變蓄熱墻體作為一種新型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，隨著其在工程中不斷的應(yīng)用，對于墻體傳熱模擬技術(shù)提出了新要求。由于相變材料的變物性特征（如比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等），常規(guī)墻體的傳熱計算方法已不再適用于相變蓄熱墻體的傳熱計算，需要采用變物性參數(shù)的非線性方程來描述傳熱過程。且常見的相變材料存在一定的遲滯現(xiàn)象，無機相變材料更是存在過冷現(xiàn)象，在模擬過程中需要對其進(jìn)行考慮，以便實現(xiàn)相變蓄熱墻體傳熱過程的精確模擬，從而為相變材料的應(yīng)用效果評價提供支持。同時，相變蓄熱墻體的熱工設(shè)計應(yīng)與地區(qū)氣候相適應(yīng)，不同地區(qū)所適用的相變材料的相變溫度、相變潛熱、相變材料厚度及對應(yīng)的保溫材料類型與厚度等也不盡相同。對于建筑師來說，在建筑方案設(shè)計階段選擇相變材料時，只能通過有限次方案的對比，設(shè)計變量的數(shù)量和取值范圍比較狹小，受到一定的限制，并且對于建筑師而言，缺乏相變蓄熱墻體傳熱計算和優(yōu)化算法等相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜專業(yè)知識，從而導(dǎo)致建筑師不能充分優(yōu)化相變材料在某一地區(qū)實際氣候條件下的應(yīng)用效果，無法實現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)移峰填谷效應(yīng)的最大化，只能選擇應(yīng)用效果欠佳的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造方案。綜上所述，相變蓄熱墻體的熱工計算對于定量描述相變材料的應(yīng)用效果和推廣其在工程實踐中的應(yīng)用具有重要意義，相變蓄熱墻體的優(yōu)化設(shè)計能夠為其熱工設(shè)計與地區(qū)氣候相適應(yīng)提供參考和依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀1.2.1相變蓄熱墻體數(shù)值傳熱計算研究進(jìn)展針對相變蓄熱墻體的傳熱問題國內(nèi)外學(xué)者已做了大量的研究。國外Al-Saadi等圖1.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)移峰填谷示意圖（作者自繪）圖1.2相變蓄熱墻體應(yīng)用場景（作者自繪）

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文23oC，濕度控制范圍為10%~90%。在實驗中，室外氣候條件設(shè)置為西安六月份高輻射、大日較差的典型氣象日。室內(nèi)空氣溫度與內(nèi)表面溫度均由K型熱電偶測量得到，儀器誤差為正負(fù)5%，并通過數(shù)據(jù)采集器記錄溫度數(shù)據(jù)，將室內(nèi)空氣溫度測量值作為數(shù)值模擬計算的輸入值，計算相變蓄熱墻板內(nèi)表面溫度的逐時變化規(guī)律。為了排除其他因素對實驗結(jié)果的影響，小室的四面墻板設(shè)置為厚度達(dá)100mm的擠塑聚苯乙烯泡沫保溫板，只設(shè)置一面相變蓄熱墻板，實驗墻板見圖2.8，相變蓄熱墻板由20mm厚的相變材料層及30mm厚的保溫材料層構(gòu)成，采用宏觀封裝的無機類相變材料，主要成分是CaCl26H2O，將其貼于保溫材料的上面，相變材料的相變溫度區(qū)間為25~28oC，縮尺模型墻板的相變材料布置面積為65%。圖2.8蓄熱通風(fēng)實驗系統(tǒng)圖（作者自繪）01020304026283032墻體內(nèi)表面溫度/C時間/h實測顯式全隱半隱圖2.9縮尺模型實驗與模擬結(jié)果對比圖（作者自繪）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于DeST平臺的聯(lián)合仿真系統(tǒng)開發(fā)[J]. 孫紅三,燕達(dá),吳如宏.  建筑科學(xué). 2018(10)
[2]建筑相變蓄熱及夜間通風(fēng)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 楊柳,喬宇豪,劉衍,侯立強,王夢媛,劉加平.  科學(xué)通報. 2018(07)
[3]基于遺傳算法的圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 山如黛,劉冠男,夏曉東,石鐵矛.  建筑技術(shù). 2018(02)
[4]基于多目標(biāo)優(yōu)化的節(jié)能建筑方案設(shè)計[J]. 陳煜琛,藍(lán)艇,史旭華.  工程技術(shù)研究. 2017(06)
[5]夏熱冬冷地區(qū)墻體保溫層厚度優(yōu)化方法[J]. 趙迎杰,陳友明,劉向偉.  建筑科學(xué). 2017(04)
[6]基于層次分析法相變材料的選擇[J]. 李云濤,晏華,王群,趙思勰.  化工新型材料. 2017(01)
[7]復(fù)合相變材料的多層墻體優(yōu)化研究[J]. 李元昊,齊全,殷結(jié)峰,孟曦.  制冷與空調(diào)(四川). 2016(06)
[8]相變蓄能墻多因素?zé)崽匦苑治黾皟?yōu)化研究[J]. 孔祥飛,劉少寧,鐘俞良,戎賢,楊華,齊承英.  建筑科學(xué). 2016(08)
[9]基于正交設(shè)計的相變外墻對建筑熱環(huán)境的影響分析[J]. 張維維,程建杰,張源,何嘉鵬.  建筑科學(xué). 2016(08)
[10]居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 周輝,董宏,孫立新,馮馳.  建筑科學(xué). 2015(10)

博士論文
[1]太陽能相變蓄熱墻冬季供暖與夏季降溫的性能研究[D]. 趙春雨.天津大學(xué) 2016
[2]建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)動態(tài)傳熱模擬方法的研究[D]. 周娟.湖南大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于遺傳算法的綠色建筑節(jié)能方案多目標(biāo)優(yōu)化[D]. 祁士偉.北京化工大學(xué) 2017
[2]組合相變材料在夏熱冬冷地區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能研究及能耗分析[D]. 華旭明.東華大學(xué) 2017
[3]相變儲能建筑墻體熱工性能及適用性評價研究[D]. 劉朋.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
[4]基于遺傳算法的建筑節(jié)能集成優(yōu)化設(shè)計初探[D]. 王南.西南交通大學(xué) 2016
[5]全年工況下墻體相變材料層最優(yōu)位置模擬研究[D]. 施東杰.東南大學(xué) 2015
[6]建筑用新型復(fù)合相變材料儲能過程的模擬及實驗研究[D]. 張盼.重慶大學(xué) 2014
[7]相變墻體夏季工況運行特性的數(shù)值計算與實驗研究[D]. 牛犇.西南交通大學(xué) 2011
[8]新型相變材料蓄放熱特性的數(shù)值計算與實驗研究[D]. 于靜.天津商業(yè)大學(xué) 2008
[9]相變蓄熱技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚中的傳熱和節(jié)能特性研究[D]. 果海鳳.北京工業(yè)大學(xué) 2008
[10]嚴(yán)寒地區(qū)采暖房間室內(nèi)溫度日變化規(guī)律研究[D]. 張春芳.大慶石油學(xué)院 2008



本文編號：2965153