自保溫墻體熱濕傳遞數(shù)值模擬研究[權(quán)威資料]

自保溫墻體熱濕傳遞數(shù)值模擬研究 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：在建筑能耗中，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失而形成的能耗占有很大比重。本文以自保溫墻體保溫體系作為研究對(duì)象，采用多孔介質(zhì)熱濕傳遞理論對(duì)自保溫墻體處于自然環(huán)境下的熱濕傳遞情況進(jìn)行分析。通過理論分析簡(jiǎn)化 Luikov 多孔介質(zhì)熱濕傳遞模型，結(jié)合 Fluent 對(duì)自保溫墻體建筑進(jìn)行熱濕工況模擬，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比后發(fā)現(xiàn)誤差在允許范圍之內(nèi)，說明該簡(jiǎn)化模型能夠較為準(zhǔn)確地反映自保溫墻體熱濕傳遞情況 ，該模型能夠?yàn)閷?shí)際工程中節(jié)能設(shè)計(jì)提供輔助，降低節(jié)能設(shè)計(jì)難度，并提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度。 關(guān)鍵詞：自保溫墻體；多孔材料；熱濕傳遞；數(shù)值模擬 TU973 A 0 引言 自保溫墻體主要是指采用輕集料砌塊、輕質(zhì)砂加氣混凝土砌塊、加氣混凝土板等具有較大熱阻的材料，配套合理的 “ 冷橋 ” 及 “ 接縫 ” 處理措施構(gòu)成的外墻保溫系統(tǒng)。與外墻外保溫系統(tǒng)等復(fù)合保溫技術(shù)相比較，自保溫墻體具有耐久、防火、耐沖擊、施工方便與建筑物同壽命等優(yōu)勢(shì)，近年來在我國開始得到越來越多的關(guān)注。本文以使用廣泛的加氣混凝土砌塊 作為研究對(duì)象，加氣混凝土是以硅質(zhì)材料（如砂、粉煤灰、鐵尾礦等）和鈣質(zhì)材料（如水泥、石灰等）為基本原料，加適量引氣劑和其它外加劑，經(jīng)加水?dāng)嚢琛l(fā)氣膨脹、澆注成型、預(yù)養(yǎng)切割、高溫蒸養(yǎng)等工序形成的一種輕質(zhì)多孔材料 1-3。 1 自保溫墻體熱濕傳遞機(jī)理 1.1 多孔介質(zhì)熱濕傳遞研究現(xiàn)狀 自保溫墻體多由多孔材料組成，多孔介質(zhì)理論研究已經(jīng)有 150 多年的歷史。早在 1856 年， Darcy 對(duì)法國 Dijon 城的地下水源進(jìn)行了研究，提出了著名的適用于一定條件下多孔介質(zhì)中流體流動(dòng)的 Darcy 定律 4。 1934 年 Luikov 提出了熱濕耦合傳遞模型，該模型以 Fourier 定律、 Fick 定律、Darcy 定律為基礎(chǔ)，根據(jù)能量守恒定律、質(zhì)量定律、動(dòng)量守恒定律建立控制方程。但是由于 Luikov 模型中涉及的一些物性參數(shù)難以確定且方程求解困難，影響了該模型的廣泛應(yīng)用； Bear 和 Whitaker 結(jié)合經(jīng)典輸運(yùn)理論、空間平均定律，在作了必要的假設(shè)后，通過發(fā)展平均體積單元的平衡方程，形成了多孔介質(zhì)中熱濕耦合傳遞的多相運(yùn)動(dòng)方程和能量方程；Kerestecioglu 等人提出了非飽和狀態(tài)下含濕多孔介質(zhì)中有蒸發(fā)冷凝現(xiàn)象存在時(shí)熱 濕耦合傳遞問題的數(shù)學(xué)模型；多孔介質(zhì)墻體不可避免地存在少量的空氣滲透； Haupl 等人通過能量守恒、質(zhì)量守恒、線性瞬態(tài)對(duì)流定律及熵增原理，建立了多孔材料的熱、濕及空氣滲透三項(xiàng)耦合的非線性微分方程，并開發(fā)了相應(yīng)適合于多維模型運(yùn)算的軟件；張旭等建立墻體內(nèi)一維熱濕傳遞模型，計(jì)算了不同時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)墻體溫度和水蒸氣濃度分布，計(jì)算表明時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)水蒸氣擴(kuò)散沒有影響。 1.2 Luikov 模型假設(shè)和簡(jiǎn)化 Luikov 認(rèn)為濕傳遞不僅取決于熱傳遞，而且還取決于濕組分的再分布，將熱交換和濕交換問題看成一體，考慮了總 的壓力、濃度和濕度梯度、分子遷移以及毛細(xì)作用等多種因素對(duì)熱濕傳遞的影響，導(dǎo)出了一組熱質(zhì)耦合方程用來描述多孔介質(zhì)的熱濕傳遞過程。 Luikov 模型被認(rèn)為是較為可靠并且實(shí)用的，因?yàn)闇囟忍荻纫彩怯绊懡橘|(zhì)中濕傳遞的一個(gè)重要因素，因此，將熱傳遞方程跟濕傳遞方程分開并不能真實(shí)的描述濕材料內(nèi)部的熱濕傳遞現(xiàn)象。 本文對(duì) Luikov 模型進(jìn)行分析簡(jiǎn)化，并利用它進(jìn)行數(shù)值模擬，分析 Luikov 模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合情況。 為了對(duì) Luikov 模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，以加氣混凝土自保溫墻體為研究對(duì)象，我們做出如下假設(shè)： （ 1）加氣混凝土的熱物性參數(shù)恒定不變； （ 2）初始溫濕度在加氣混凝土各處是相等的； （ 3）加氣混凝土內(nèi)部無內(nèi)熱源。 基于以上假設(shè)，我們可以得出加氣混凝土的三維熱濕耦合傳遞方程如下： （ 1）熱傳遞方程 （ 1） （ 2）濕傳遞方程 （ 2） 式中：為竹材密度； cq 為比熱容； T 為溫度； t 為時(shí)間； kq 為導(dǎo)熱系數(shù)；為水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)；為潛熱；為熱梯度系數(shù)； cm 為比濕容量； U 為濕度勢(shì)。 邊界條件為： （ 3） （ 4） 初始條件： （ 5） （ 6） U 為濕傳遞勢(shì)， U 與含濕量 C 有如下關(guān)系： （ 7） 2 實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究 2.1 實(shí)驗(yàn)條件 本實(shí)驗(yàn)于 2011 年 12 月 4 日至 2011 年 12 月 6 日在大連進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)房尺寸為 1.5m1.5m2m ，為正南北朝向，實(shí)驗(yàn)房墻體構(gòu)成材料及結(jié)構(gòu)示意圖見圖 1，墻體構(gòu)成材料的熱物性參數(shù)詳見表 1。 圖 1 實(shí)驗(yàn)房墻體結(jié)構(gòu)示意圖 表 1 墻體構(gòu)成材料熱物性參數(shù) 墻體構(gòu)成 材料 厚度 (mm) 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m K) 干密度 (kg/m3) 比熱容(J/kgK) 24h 蓄熱系數(shù) (W/m2k) 水泥砂漿 20 0.93 1800 1050 11.37 加氣混凝土 200 0.19 500 1050 2.42 實(shí)驗(yàn)房?jī)?nèi)外均布置多個(gè)溫、濕度傳感器，用于采集室內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)，最終數(shù)據(jù)取多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的平均值，以減小誤差。 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)房處于自然環(huán)境下，為了模擬室內(nèi)采暖工況，實(shí)驗(yàn)房?jī)?nèi)部安置加熱器，加熱功率為 160W（按 80W/m2 設(shè)定），試驗(yàn)過程中同時(shí)采集室外和室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)。在連續(xù) 3 天采集數(shù)據(jù)后，整理采集到的數(shù)據(jù)，選取第 3 天實(shí)驗(yàn)房?jī)?nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)如下圖 2： 圖 2 室內(nèi)外溫度實(shí)測(cè)值對(duì)比 通過分析采集到的數(shù)據(jù)可以得到，室外溫度 24h 平均值為 -5.4 ，室內(nèi)溫度平均值 20 。從圖 2 可以看出，室內(nèi)溫度較室外溫度波動(dòng)有 2h4h 的延遲，并且波動(dòng)的幅度也較室外溫度小了很多，室外最高溫度與最低溫度之差有13.5 ，而室內(nèi)最高溫度與最低溫度之差只有 4.5 。這說明加氣混凝土自保溫墻體本身熱阻大、蓄熱能力強(qiáng)，能夠降低室外溫 度波動(dòng)對(duì)室內(nèi)的影響，具有較好的保溫效果，適用于冬季北方地區(qū)外墻保溫。 圖 3 室內(nèi)空氣溫度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比 圖 4 室內(nèi)空氣相對(duì)濕度實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比 對(duì)室內(nèi)溫度及濕度的模擬，采用成熟穩(wěn)定的商用計(jì)算軟件 Fluent 進(jìn)行，通過用戶自定義函數(shù)（ UDF）功能將Luikov 三維熱濕耦合傳遞模型導(dǎo)入 Fluent。室外溫、濕度、加氣混凝土自保溫墻體傳熱系數(shù)、比熱、蓄熱系數(shù)等參數(shù)為邊界條件。模擬處于自然環(huán)境下，也即非穩(wěn)態(tài)環(huán)境下的具有自保溫墻體的實(shí)驗(yàn)房?jī)?nèi)溫濕度變化情況。 從以上圖 3、圖 4 中可以看出，室內(nèi)溫度模擬結(jié)果相對(duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的最大絕對(duì)誤差在 1 以內(nèi)，最大相對(duì)誤差在5%以內(nèi)；室內(nèi)相對(duì)濕度模擬結(jié)果相對(duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果最大絕對(duì)誤差在 7%以內(nèi)，最大相對(duì)誤差在 10%以內(nèi)。應(yīng)當(dāng)說在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件及數(shù)值計(jì)算條件下，這樣的精度是可以接受的，該數(shù)值模型能夠較好的模擬自然環(huán)境下自保溫墻體建筑室內(nèi)溫濕度變化情況。 3 結(jié)論 本文以加氣混凝土自保溫墻體建筑為研究載體，通過對(duì) Luikov 三維熱濕耦合傳遞模型進(jìn)行分析和簡(jiǎn)化，并合理設(shè)置邊界條件，通過對(duì)室內(nèi)溫、濕度模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比，發(fā)現(xiàn) 該簡(jiǎn)化熱濕傳遞模型能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算室內(nèi)熱濕狀況，在工程實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)采用自保溫墻體的節(jié)能設(shè)計(jì)，可以采用該模型進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，以期能夠達(dá)到更好的節(jié)能效果。因此該數(shù)值模型值得推廣，以促進(jìn)外墻自保溫系統(tǒng)的推廣和建筑節(jié)能大戰(zhàn)略的實(shí)施。當(dāng)然，本文的研究工作仍有不足之處，針對(duì)自保溫墻體建筑，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)梁、柱所形成的熱橋部位的熱濕傳遞情況限于條件限制并未加以考慮，在以后的研究工作中將進(jìn)一步完善模型，對(duì)自保溫墻體建筑熱濕傳遞情況進(jìn)行更深入地分析。 參考文獻(xiàn) 1 中國建筑科學(xué)研究院 . GB50176-1993 民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范 S. 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社 , 1993. 2 中國建筑科學(xué)研究院 . GB50189-2005 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范 S. 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社 , 2005. 3 吳志敏 , 許錦峰 , 張?jiān)吹?. 自保溫墻體在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用 J. 建筑節(jié)能 , 37(319): 8-12. 4 孔祥言 . 高等滲流力學(xué) M. 安徽 : 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 , 1999. 文檔資料：自保溫墻體熱濕傳遞數(shù)值模擬研究 完整下載 完 整閱讀 全文下載 全文閱讀 免費(fèi)閱讀及下載 閱讀相關(guān)文檔 :室內(nèi)裝修工程施工中問題及措施的探討 城鄉(xiāng)結(jié)合部環(huán)境現(xiàn)狀及污染防治對(duì)策研究 化學(xué)工程中化工生產(chǎn)的工藝解析 論城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的環(huán)境保護(hù) 建筑機(jī)電設(shè)備安裝施工中常見問題及對(duì)策探討 工程項(xiàng)目全面造價(jià)管理及其風(fēng)險(xiǎn)探析 淺談市政工程施工的安全管理 建筑工程管理中的施工進(jìn)度控制研究 試析如何加強(qiáng)工業(yè)與民用建筑工程的管理 城市景觀園林規(guī)劃設(shè)計(jì)淺析 變壓器常規(guī)檢查維護(hù)及常見問題處理 建筑工程中幾種關(guān)鍵土建施工技術(shù)分析 淺談如何提高電網(wǎng)