基于辐射空调的夏热冬冷地区居住建筑外墙热工性能研究

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在建筑能耗中供暖空调能耗占比较大,优化建筑围护结构热工性能可有效降低供暖空调能耗从而降低建筑能耗。目前,常用的空调末端形式为对流空调和辐射空调,而辐射空调可解决对流空调存在的室内空气流速大,吹风感明显,冬季供暖时,热空气易出现分层导致热不舒适等问题,因此具有很好的应用推广前景。但辐射空调响应慢,难以适应间歇运行的需求,导致能源浪费,为缩短辐射供暖供冷热响应时间,降低辐射空调全年供冷供暖运行能耗,提供舒适的室内热湿环境,本文采用软件模拟结合实验的方法开展夏热冬冷地区居住建筑外墙的热工性能参数对辐射空调间歇运行的影响研究,进行了外墙热工性能影响因素显著性分析,提出优化的外墙保温方式、保温材料及其厚度和导热系数,为辐射空调在夏热冬冷地区的节能运行和推广提供参考。首先,采用模拟软件分别以实验台和重庆市某居住建筑为研究对象建立了模拟模型,并通过实验验证证明了基于实际的物理传热过程通过计算机进行迭代计算所得到的研究结果与实际情况的差异在10%以内,符合实际情况。其次,由于外墙保温隔热方式、保温隔热材料热工性能、保温隔热层厚度对于外墙热工性能的影响程度可能存在差异,为使外墙热工性能优化对居住建筑所带来的舒适性和节能性的提升更为显著,在进行居住建筑外墙热工性能参数优化前以实验台为研究对象对外墙热工性能的影响因素进行了显著性分析。研究表明采用地面辐射供暖供冷时,对辐射空调性能影响显著性由大到小分别是供水温度、保温方式、保温材料厚度、保温材料导热系数、保温材料比热及保温材料密度。最后,以重庆市某居住建筑为研究对象,基于人员行为模式和辐射供暖供冷热响应时间提出辐射空调间歇运行策略并进行外墙热工性能应用优化研究,综合考虑室内环境舒适性和建筑节能性对夏热冬冷地区外墙保温方式、保温隔热材料以及五种常用的外墙保温隔热材料层厚度进行了推荐。研究表明:辐射空调以供暖为主或冷暖兼顾时,外墙采用内保温方式更好,以供冷为主时外墙采用外保温方式更好;墙体主体材料导热系数越小,热工性能越优,墙体主体材料与保温隔热材料的蓄热系数差异越大,保温方式所带来的差异越明显;保温隔热材料热工性能的优劣排序为硬质聚氨酯、挤塑聚苯板、玻璃棉、模塑聚苯板、岩棉;在保温隔热材料置于外墙内侧满足节能需求时,选用挤塑聚苯板时保温隔热层厚度不宜高于30mm,选用硬质聚氨酯时不宜高于50mm,选用模塑聚苯板时不宜高于40mm,选用岩棉时不宜高于50mm,选用玻璃棉时不宜高于60mm;降低保温隔热材料导热系数所带来的节能优势大于墙体主体材料。
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