晴空指数对夏热冬冷地区民用建筑外墙传热能耗的影响

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我国民用建筑能耗占我国总能耗呈逐年增加的趋势,暖通空调能耗占民用建筑总能耗的50%以上,其中非透明外围护结构传热能耗是暖通空调能耗中重要的组成部分。太阳辐射强度是影响建筑外围护结构传热能耗的主要因素,太阳辐射强度与晴空指数直接相关,提高计算不同天气条件下建筑外围护结构传热负荷动态变化精度尤为重要,本文以夏热冬冷地区的南昌市为例,针对冬季(1月2日)及夏季(7月21日)两个典型日不同晴空指数(0.2~0.7)对建筑外墙传热能耗的影响进行了分析研究,其主要结论如下:(1)基于南昌地区晴空指数与太阳辐射及室外空气温度的相关性关系数据,采用数值模拟的方法计算研究了晴空指数与外墙内外表面温度的关系。研究发现,无论冬季或是夏季各朝向外墙外表面和外墙内表面最高温度均随晴空指数的增大而增大,但随着晴空指数的增大,外墙内外表面温度上升的趋势放缓。冬季外墙内表面温度的最高值、最低值随晴空指数变化的规律与夏季外墙内外表面温度最高值、最低值随晴空指数变化的规律基本相似。夜间,晴空指数越大,冬季室外最低温度以及天空云量反而降低,使得冬季外墙外表面平均温度最低随晴空指数的增加而上升,但随着晴空晴空指数的进一步增加,冬季外墙外表面的最低温度出现下降趋势。(2)对不同天气条件下外墙的传热量进行了研究。结果表明,在夏季,当晴空指数大于0.2时,无论是白天还是夜间,热量均通过各朝向外墙外表面传到室内,形成外墙传热冷负荷,其中,西墙的得热量最大,可知,做好西墙的隔热有利于减少制冷能耗。在冬季,在晴空指数为0.2~0.7时的范围内时,无论白天还是夜间,北墙、东墙和西墙热量均从室内向室外传;晴空指数较小时,无论是白天还是夜间,南墙热量从内表面向室外传出;但当晴空指数大于0.6时,南墙出现双向传热的情况,在某些时段,南墙吸收的太阳辐射较大,热量通过南墙外表面传到室内。可以发现,在天气晴朗时可以充分利用照射到南墙上得太阳辐射能减小供暖能耗。(3)对建筑外墙日得热总量随晴空指数的变化规律进行研究。结果发现,无论冬季还是夏季,墙体朝向对墙体日传热能耗有显著影响。在冬季,南墙的日得热总量随着晴空指数的增大逐渐增大,在晴空指数大于0.3时,南墙外表面日净得热总量由负变正,而北墙、东墙和西墙外表面的日得热总量随晴空指数的增加而减小,这是因为晴空指数越大时,气温日较差越低且晚间天空云量越少,且墙体外表面温度低于室外空气温度的时间较长。内表面的日得热总量均随晴空指数的增大而增大,由拟合所得晴空指数与内墙日得热总量的关系式可知,冬季墙体传热能耗随晴空指数的增大而减小,南墙的传热能耗最小,西墙的传热能耗最大。在夏季,各朝向外墙外表面的日得热总量均随晴空指数的增大而增大,其中,北墙外表面日得热总量随晴空指数的增加的趋势不明显,南墙次之,西墙最大,这说明西墙的传热对减少空调制冷负荷最不利,因此降低太阳辐射吸收比有利于减少西墙白天得热,还应注意加强夏季西墙的隔热措施。为更好地估算建筑外墙传热能耗,本文给出了不同天气条件下晴空指数与墙体日传热能耗的半经验公式,其决定系数均为0.999。可为建筑节能研究提供基础和更高精度的数据支撑。
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