含储热构件的装配式墙体夏季热稳定性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huzhaohua1
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随着中国建筑行业的发展和城镇化的推进,装配式低能耗建筑等新型建筑技术成为今后建筑业工业化发展与绿色发展的重要方向。装配式低能耗建筑的基本特征是材料轻质化,材料轻质化便于构件的预制加工、运输及现场装配,但同时会导致建筑热稳定性能降低,室温波动幅度和速度变大,与建筑的热舒适性要求存在突出矛盾。为了提升轻质装配式围护结构的热稳定性能,本研究基于热波穿透深度理论提出了含储热层的装配式外墙构造,并建立了储热层厚度计算方法;针对兼顾夏季隔热和冬季保温的寒冷地区及夏热冬冷地区,利用数值仿真方法验证了含储热构件装配式外墙的夏季热稳定性能提升效果;探究了室外气温和太阳辐射综合热作用下含储热构件装配式外墙对室内热环境和空调能耗的影响,并分析了外保温层与储热层对墙体热稳定性的补偿作用。首先,对室外热波作用下外墙的非稳态传热过程进行理论分析;针对目前国内外研究中非透明围护结构隔热性能评价参数不一致的问题,对中国、俄罗斯及欧盟等国家和地区的现行相关规范中关于非透明围护结构隔热性能评价参数进行比较分析,根据中国气候特点及夏季建筑热稳定需求目标,确定将基于谐波分析法的衰减倍数、延迟时间以及中国现行相关规范采用的外墙内表面温度限值作为本研究的外墙夏季热稳定性能评价指标。其次,将基于谐波分析法的剧烈波动层理论以及传递函数法的周期热渗透深度理论统一为热波穿透深度理论。基于热波穿透深度理论提出含储热构件的装配式外墙构造,该构造主要特点是在外墙的内侧设置独立重质储热层,突破传统结构层兼顾储热功能的局限,使结构层与储热层根据各自功能选取相应的建筑材料,以适应装配式建筑轻质化要求同时满足热稳定需求;同时,根据热波穿透深度理论建立了储热层厚度的计算方法,该方法简单便捷,适用于工程技术人员使用;通过建筑蓄热材料的遴选原则,对储热层材料进行分析选取。再次,为了研究含储热构件装配式外墙的夏季热稳定性能提升效果,采用DesignBuilder(DB)模拟软件建立了某办公建筑自然通风及空调工况下的非稳态传热模型。对大连地区某办公建筑进行了夏季实测,得到了室内空气温度、外墙内壁面温度、外壁面温度等数据。通过实测值与模拟值的对比分析,验证了基于DB的办公建筑夏季非稳态传热模型的准确性。最后,通过数值模拟分析含储热构件的装配式外墙夏季热稳定性能的提升效果及其对建筑室内热环境与空调能耗的影响。构建了适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的基准墙体和采用不同储热材料的含储热层外墙,分别对大连地区和长沙地区办公建筑在夏季自然通风工况下进行数值模拟,分析在不同建筑热工设计分区不同墙体下对建筑室内热环境的影响。对长沙地区办公建筑在空调工况下进行数值模拟,分析不同墙体的建筑节能率。研究表明:含储热构件的装配式墙体构造对夏季热稳定性能具有一定的提升效果。在大连地区自然通风工况下,与基准墙体相比,采用花岗岩、钢筋混凝土、石膏板、加气混凝土、灰砂砖砌体、松木作为储热材料的墙体内表面温度波幅分别下降了1.23℃、1.51℃、0.7℃、0.14℃、1.04℃、0.09℃。在长沙地区自然通风工况下,与基准墙体相比,采用花岗岩、钢筋混凝土、石膏板、灰砂砖砌体作为储热材料的墙体内表面温度波幅分别下降了1.06℃、1.27℃、0.25℃、0.58℃。在夏季空调工况下,蓄热系数S较大的储热层可以蓄存更多的冷量抵抗室外的热作用,从而起到降低建筑空调能耗的效果。在长沙地区夏季空调工况下,基准墙体的建筑空调能耗最高,为61986.79kWh;相较于基准墙体,储热层材料为花岗岩的墙体的建筑空调能耗最低,建筑节能率达到4.11%;储热层材料为钢筋混凝土的墙体节能率次之,为3.07%。在墙体传热系数不变的条件下,如果保温层厚度的增加并未使墙体的热惰性指标D值增大,则其对墙体热稳定性没有补偿作用。通过保温层、结构层和储热层的综合设计,使墙体的热惰性指标D值增大时,保温层对墙体热稳定性才可以起到补偿作用。本研究为建筑的热工设计提供一定的应用价值和参考依据,为提高建筑节能水平提供科学依据,为健全装配式建筑的技术体系提供理论基础。
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