本文關(guān)鍵詞：具有氣候適應(yīng)功能的熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗占了建筑能耗很大的比例,是建筑節(jié)能的重點之一,因此開發(fā)新型的節(jié)能墻體對建筑節(jié)能具有重要意義。墻體對室內(nèi)熱環(huán)境的影響,主要是由于墻體具有“熱容性”及“熱阻性”。目前對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的研究大部分都是基于墻體的這兩個性質(zhì)開展的。在墻體“熱容性”方面開展研究的如相變墻體等,在“熱阻性”方面開展研究的如水幕太陽能墻等。但目前針對墻體“熱阻性”(即傳熱性能)開展的研究中,墻體傳熱系數(shù)都幾乎不變,這樣的墻體可以在室外溫度波動較小及室外溫度較為極端的地區(qū)(如嚴(yán)寒地區(qū)或是夏熱冬暖地區(qū))達(dá)到很好的節(jié)能效果,但在室外溫度波動較大的地區(qū),節(jié)能潛力則有限。例如在新疆地區(qū),夏季白天室外溫度很高,為了減少空調(diào)能耗,應(yīng)該減少通過墻體傳入室內(nèi)的熱量,因此墻體的傳熱系數(shù)越小越好。夏季夜晚當(dāng)室外溫度過低時,為了減少空調(diào)能耗,應(yīng)該增加通過墻體傳導(dǎo)到室外的熱量,因此墻體的傳熱系數(shù)越大越好。但現(xiàn)階段建筑的外墻體,其導(dǎo)熱系數(shù)是固定的,無法實現(xiàn)這樣一種節(jié)能方式。為了進(jìn)一步降低墻體能耗,本文創(chuàng)新性地提出一種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu),即熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu),該圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)室外溫度改變其自身傳熱系數(shù),達(dá)到降低空調(diào)采暖負(fù)荷,降低建筑能耗的作用。為了掌握熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特性規(guī)律,本文主要從實驗研究、理論分析和數(shù)值模擬3個方面對熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特性開展研究：(1)搭建了熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱性能測試實驗臺,對其進(jìn)行了實驗測試。測試主要分為兩種工況進(jìn)行：高熱阻工況(即模擬室外溫度高于空調(diào)房間室內(nèi)溫度工況)及低熱阻工況(即模擬空調(diào)房間溫度高于室外溫度工況)。通過對比兩種工況下變熱阻層熱阻變化及當(dāng)量傳熱系數(shù)的變化,初步分析實現(xiàn)墻體傳熱系數(shù)變化的可行性。經(jīng)過測試表明,應(yīng)用雙金屬片形式的熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu),平均可以實現(xiàn)30%左右的熱阻變化率,證明了這一調(diào)節(jié)熱阻的方式是可行的,后續(xù)研究中通過減少接觸熱阻等方式,可以使變化率進(jìn)一步提高。(2)應(yīng)用傳熱學(xué)理論對熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的影響因素進(jìn)行了研究。研究分別建立了熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱模型及自然對流換熱模型,應(yīng)用這兩個模型分別對熱流自調(diào)節(jié)墻體的熱阻變化率進(jìn)行了分析,分析了夾層厚度、雙金屬片傳熱系數(shù)、雙金屬片層數(shù)、不同穩(wěn)態(tài)溫度等因素對熱阻變化率的影響關(guān)系。理論計算結(jié)果表明,在雙金屬片導(dǎo)熱系數(shù)變化范圍10-170W/(m2·K),雙金屬片層數(shù)變化范圍1-14,變熱阻層夾層厚度10～170mm的條件下,導(dǎo)熱輻射模型變熱阻層熱阻變化率范圍1-16倍。在變熱阻層夾層厚度變化范圍為10～100mm的條件下,自然對流輻射換熱模型變熱阻層熱阻變化率范圍為1-29倍。(3)應(yīng)用數(shù)值模擬的方式,分別研究了熱面溫度、夾層厚度、雙金屬片的偏轉(zhuǎn)角度及雙金屬片傳熱系數(shù)對變熱阻層傳熱特性的影響規(guī)律。數(shù)值分析結(jié)果表明,在雙金屬片導(dǎo)熱系數(shù)變化范圍50-200W/(m2·K),變熱阻層夾層厚度變化范圍100-200mm,變熱阻層傳熱溫差變化范圍4-20℃的條件下,變熱阻層熱阻變化率范圍9-21倍。并得出變熱阻層的最佳厚度為100mm,雙金屬片層數(shù)及雙金屬片厚度應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件確定的結(jié)論。本文提出了熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)這樣一種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能方式,并通過實驗研究、理論研究、數(shù)值模擬對其進(jìn)行分析。研究證明了雙金屬片式熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性,并初步得出了雙金屬片導(dǎo)熱系數(shù)、雙金屬片的偏轉(zhuǎn)角度、夾層厚度等因素對雙金屬片式熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻的影響規(guī)律,這些研究為氣候適應(yīng)功能的熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特性規(guī)律的深入研究打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：傳熱系數(shù)自動調(diào)節(jié) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 雙金屬片 氣候適應(yīng) 建筑節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU111.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 主要符號表8-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 研究背景及意義13-16
• 1.1.1 世界及我國能耗現(xiàn)狀13-14
• 1.1.2 具有熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)原理概述14-16
• 1.1.3 熱流自調(diào)節(jié)圍護(hù)建筑應(yīng)用意義16
• 1.2 建筑墻體節(jié)能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 相變墻體國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 集熱墻國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 研究內(nèi)容及研究路線19-22
• 1.3.1 研究內(nèi)容19-21
• 1.3.2 研究路線21-22
• 第二章 傳熱系數(shù)自動調(diào)節(jié)墻體實驗研究22-48
• 2.1 氣候區(qū)熱工分析22-25
• 2.2 實驗原理25-26
• 2.3 實驗設(shè)置26-33
• 2.3.1 雙金屬片材料的選擇26-28
• 2.3.2 雙金屬片彎曲效果測試28-30
• 2.3.3 實驗臺搭建30-31
• 2.3.4 測試儀器31-33
• 2.4 實驗方案33-34
• 2.5 數(shù)據(jù)處理34
• 2.6 實驗結(jié)果分析34-47
• 2.6.1 加熱層30℃穩(wěn)態(tài)傳熱實驗34-39
• 2.6.2 加熱層40℃穩(wěn)態(tài)傳熱實驗39-43
• 2.6.3 加熱層50℃穩(wěn)態(tài)傳熱實驗43-47
• 2.7 小結(jié)47-48
• 第三章 傳熱系數(shù)自動調(diào)節(jié)墻體傳熱理論研究48-64
• 3.1 引言48-49
• 3.2 導(dǎo)熱輻射換熱模型49-51
• 3.3 自然對流輻射換熱模型51-53
• 3.4 計算結(jié)果及分析53-63
• 3.4.1 導(dǎo)熱輻射換熱計算結(jié)果分析53-57
• 3.4.2 自然對流輻射換熱計算結(jié)果分析57-63
• 3.5 小結(jié)63-64
• 第四章 傳熱系數(shù)自動調(diào)節(jié)墻體傳熱特性的數(shù)值分析64-83
• 4.1 物理模型的建立64-67
• 4.2 數(shù)學(xué)模型的建立67-74
• 4.2.1 控制方程67-72
• 4.2.2 計算參數(shù)72
• 4.2.3 邊界條件72-73
• 4.2.4 求解方法73-74
• 4.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證74-75
• 4.4 傳熱系數(shù)自動調(diào)節(jié)墻體變熱阻層傳熱特性的數(shù)值分析75-81
• 4.4.1 傳熱溫差對不同工況下變熱阻層傳熱系數(shù)的影響76-78
• 4.4.2 雙金屬片傳熱系數(shù)對不同工況下變熱阻層傳熱系數(shù)的影響78-80
• 4.4.3 夾層厚度對不同工況下變熱阻層傳熱系數(shù)的影響80-81
• 4.5 小結(jié)81-83
• 第五章 結(jié)論與展望83-85
• 5.1 結(jié)論83-84
• 5.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-88
• 在學(xué)期間的研究成果88-89
• 致謝89

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本文編號：330850