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夏热冬冷地区经济的迅速发展和当地居民对舒适性需求的提升使得建筑能源消耗急剧增长,建筑节能受到越来越多的关注。本文采用理论分析和数值方法研究了间歇空调模式下建筑围护结构热动态特性,室内热舒适及相关的能耗特性。
提出了基于瞬态传热理论的建筑热动态特性数学模型,并编制了相应的计算程序,用于计算建筑的热动态特性,热舒适评价指标和相关的夏季和冬季能耗。
模拟计算了不同保温形式下的建筑模型的热动态特性,并改变建筑围护结构的面积和间歇运行的时长进行对比,此外,模拟分析了空调制冷量(制热量.)和保温材料物性参数对内保温建筑模型热动态特性的影响。
根据模拟结果,对比分析了空调用电量和能耗分布特性,结果显示内保温建筑能耗最低,其它建筑消耗的多余能量在空调期内被具有较大蓄热能力的墙体所吸收,而在非空调期内被墙体释放到室内。分析了室内的空气温度和平均辐射温度,结果表明,内保温模型室内空气温度和平均辐射温度的响应时间显著低于其它模型。
通过分析内保温建筑模型墙体各表面温度研究墙体表面结露的可能性,结果显示在冬季典型日内砖墙与保温层结合部位的温度低于或接近室内的露点温度,存在结露的风险。
为排除干扰因素,提出简化的理论模型分析墙体材料的导热系数、密度、比热和对流换热系数对围护结构热动态特性的影响,并计算其解析解。结果显示,室内空气温度响应时间随对流换热系数的增大和导热系数、密度及比热的减小而缩短。
研究结果表明,与其它保温形式相比,内保温建筑空调耗能最低,热舒适性最高,但在砖墙与保温层结合处存在结露的风险。影响围护结构的热动态特性的参数包括材料厚度、导热系数、比热、密度和对流换热系数。导热系数、比热和密度越小,材料厚度和对流换热系数越大,则热响应时间越短。