办公建筑墙体蓄热与通风降温耦合技术研究

发布时间：2017-06-18 09:06

  本文关键词：办公建筑墙体蓄热与通风降温耦合技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前国内外对于建筑蓄热联合夜间通风技术的相关研究很多,但由于影响夜间通风的因素较多,且多为不确定性因素,现有的对于夜间通风影响因素的研究均处于理论初级阶段,大多集中在通风的机理、与蓄热的耦合、气候降温潜力分析等方面。由于未考虑采用合理的送风方式和气流组织来更有效地带走蓄热墙体蓄积的热量,针对夜间通风的研究多通过改变通风换气次数来满足室内热舒适,往往导致换气次数过多,通风量过大。而在建筑生命周期中,设计阶段所需投入的成本要远低于其后弥补工作付出的代价。因此,形成完整有效的夜间通风建筑设计和夜间通风运行策略,对工程实践具有一定的指导意义。本文选取西南地区的办公建筑作为夜间通风技术的研究对象。夜间通风技术利用夜间室外凉爽空气来降低围护结构和室内蓄热体蓄存的热量,风机主要在夜间工作。对于居住建筑而言,需要考虑风机噪音以及风速耐受性,因此有一定的局限性;而办公建筑主要使用时间为白天,夜间处于空置状态,适合使用夜间通风技术。首先,本文介绍了围护结构非稳态传热的机理和计算方法,分析了影响围护结构热工性能的几个因素,包括热阻、传热系数、蓄热系数、热惰性指标、衰减倍数和延迟时间,得出:不能用单一因素来衡量墙体蓄放热特性,而是应该综合考虑各个因素对墙体总体热工性能的影响。并提出以蓄热量和室内空气温度情况作为评价墙体热工性能参数的指标。其次,使用能耗模拟软件EnergyPlus,分析得出在相同墙体厚度的情况下,外保温墙体的热工性能优于内保温和无保温墙体的结论。对四种不同厚度的墙体进行模拟,结果表明,随着墙体厚度的增加,其衰减倍数和延迟时间不断增大。外保温墙体的延迟时间低于其余四种墙体,不利于延迟室外温度波向室内方向传递的时间,使得其在夜间通风中发挥不到自身优势。类似地,墙体的蓄热量随着无保温墙体厚度的增大而增加。在放热阶段,无保温墙体总蓄热量急剧下降,而外保温墙体则相对平缓。当室外空气温度降低时,无保温墙体材料将蓄积的热量快速释放到室外环境,而外保温墙体由于外侧保温板的隔热作用,不利于热量向室外散发。随后,建立了Fluent模拟模型,介绍了Fluent流场计算的算法和近壁面问题的处理,分析了贵阳和重庆地区夜间通风的影响因素,并对位于重庆大学城市建设与环境工程学院实验楼三楼屋面上的实验小室进行改造,对自然通风工况和夜间通风工况下的室内外壁面温度进行了测试,取自然室温和夜间通风下的实测温度值与模拟软件逐时输出的模拟值进行对比,得出,模拟结果与实际测试所得结果虽然有一定误差,但均在可接受范围内,从而验证了Fluent模拟的正确性。后续使用Fluent作为夜间通风数值模拟计算软件,选用条缝型送风口,分析了贵阳和重庆地区夜间通风的影响因素对通风效果的影响。模拟结果表明,虽然外保温墙体在通风后其室温总体看来更加稳定,但其对温度波的时间延迟效果不如加厚的墙体。随着墙体厚度的增加,室内环境维持在热舒适范围内的时间越长。墙体加厚到300mm时基本能满足办公建筑人员上班时间内的热舒适要求而不用额外开启空调。而对于居住建筑来说,考虑整天的热舒适情况,推荐使用外保温墙体。同时分析发现,不能单纯以PPE指标和制冷系数COP作为评价夜间通风节能潜力的标准。换热量最高、最节能的墙体不一定是经济性和室内舒适性最好的墙体。随着送风速度的增加,室内空气温度降低的越快,室内空气温度也越低,室内环境维持在热舒适范围内的时间越长。另外,随着送风速度的增大,通风时室内空气温度越来越接近送风温度。随着送风时段的增加,室内空气温度维持在热舒适范围内的时段越长。送风起始时间越早,送排风换热速率越高。但是送风起始时间越延后,风机耗电量越少。比较贵阳和重庆两个地区的模拟结果,发现贵阳地区夜间通风潜力远大于重庆地区。最后,对贵阳地区影响夜间通风的三个因素组织正交试验,依据经济性和舒适性分析,推荐贵阳市办公建筑夜间通风使用300mm厚墙体,送风时段23:00-第二日早9:00,送风速度3m/s。
【关键词】：办公建筑 墙体蓄热 通风冷却 热舒适 热工设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU111.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 相关技术研究历史与现状11-16
• 1.2.1 围护结构蓄热特性11-12
• 1.2.2 夜间通风冷却技术的研究12-14
• 1.2.3 建筑蓄热结合通风技术研究14-16
• 1.3 课题研究目的、内容16-20
• 1.3.1 研究目的16-17
• 1.3.2 研究内容17-20
• 2 围护结构热工性能研究20-38
• 2.1 围护结构非稳态传热机理20
• 2.2 围护结构非稳态传热计算方法20-22
• 2.3 围护结构热工特性研究22-26
• 2.3.1 蓄热体的概念及分类22-23
• 2.3.2 影响墙体蓄热的因素分析23-26
• 2.4 围护结构热工性能影响因素的模拟试验研究26-30
• 2.4.1 研究目的26-27
• 2.4.2 模拟软件EnergyPlus27
• 2.4.3 建筑模型27-28
• 2.4.4 围护结构类型和热物性参数28-30
• 2.4.5 气象参数和建筑内扰参数设置30
• 2.5 围护结构传热模拟及结果分析30-33
• 2.6 墙体加厚和墙体保温热工性能对比分析33-36
• 2.7 小结36-38
• 3 贵阳和重庆地区墙体蓄热与通风降温耦合影响因素分析38-48
• 3.1 分析方法与目的38
• 3.2 夜间通风时段确定和送风方式的选择38-39
• 3.3 夜间通风效果评价标准39-41
• 3.4 湍流及其数值模拟方法41-42
• 3.5 模型的建立和计算模型的选用42-44
• 3.6 材料物性参数和边界条件的确定44-46
• 3.7 小结46-48
• 4 墙体蓄放热特性和夜间通风效果实验研究48-64
• 4.1 实验目的48
• 4.2 实验小室概况48-49
• 4.3 实验方案49-53
• 4.4 室外实测气象参数53-54
• 4.5 实验结果分析54-61
• 4.6 小结61-64
• 5 夜间通风计算及结果分析64-86
• 5.1 贵阳地区计算结果分析64-73
• 5.1.1 墙体厚度对夜间通风效果的影响65-68
• 5.1.2 送风速度对夜间通风效果的影响68-70
• 5.1.3 通风时段对夜间通风效果的影响70-73
• 5.2 重庆地区计算结果分析73-81
• 5.2.1 墙体厚度对夜间通风效果的影响73-76
• 5.2.2 送风速度对夜间通风效果的影响76-78
• 5.2.3 通风时段对夜间通风效果的影响78-81
• 5.3 贵阳市夜间通风结合墙体蓄热综合方案设计81-82
• 5.3.1 正交试验方案设计81-82
• 5.3.2 模拟结果分析82
• 5.4 小结82-86
• 6 结论与展望86-90
• 6.1 结论86-88
• 6.2 展望88-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-98
• 附录98-99

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