室内外气温对建筑围护结构吸收太阳能的影响

【摘要】：随着城市的快速发展,城市人口急速增加同时也引起了住房需求的扩大。房屋建筑规模的增大引发了许多问题,集中表现在建筑能耗的增高。我国是一个能源消费大国,全年总量居世界第二位,在总能耗中,建筑能耗占30%~40%左右。据统计,全国新建以及既有房屋中能够达到建筑节能设计标准的不足1%,而约210亿平方米的住宅建筑存在着保温隔热性和气密性差、供热系统热效率低下等问题,建筑节能己成为国家的重大战略问题。建筑围护结构包括墙体结构、门窗以及屋面等,而墙体作为围护结构的主体部分,在冬季充分吸收太阳能是降低供暖能耗的主要途径。太阳辐射加热墙体后,受热墙体通过对流散热向大气中散发热量,因此墙体对太阳能的净吸收热量不仅受墙体表面吸收系数的影响,还受控于墙体表面温度和对流换热系数。此外,加强墙体结构的保温系统可以有效地减缓建筑物的热损失,对建筑节能有至关重要的作用。常见的墙体保温方式可分为内、外保温。由于内、外保温墙体暴露在室外侧的结构不同,内保温时与大气接触的是热容量较大的钢筋混凝土层,而外保温时与大气接触的是热容量较小的保温材料,因此内、外保温墙体的外表面温度差别很大,导致受太阳辐射加热的墙体通过对流换热向大气中的散热量差别大,进而影响了墙体对太阳能的实际吸收效果。我国长江中下游地区为非集中供暖地区,供暖需求以及采暖时间不同使室内气温不同,冬季室外气温比室内气温低,所以室内气温越高,墙体由于室内外温差增大所造成的热量损失越大,使得外墙对太阳能的利用率大大降低。由于室外气温影响着墙体的外表面温度,而室内外温差影响着墙体的热损失,因此,室外气温和室内温度均是影响墙体吸收太阳能的重要因素。室外气温不断变化,因此围护结构的传热过程为非稳态过程,为了寻求墙体太阳辐射净得热量与室、内外气温以及保温层位置的直接关系,本文以上海为代表的长江中下游地区为研究背景,采用数值模拟方法,探讨室内外热环境和保温方式对墙体对太阳能吸收效果的影响,为优化建筑节能设计方案提供理论依据。研究结果表明,室外气温越高而室内气温越低,墙体对太阳能的吸收效果越好。另外,不管室内、外热环境如何,内保温墙体的太阳能净得热量始终都是外保温的大约2倍以上,这表明内保温更有利于长江下游地区居住建筑对太阳能的吸收;随着室外气温的升高,在室内平均气温较低时内保温墙体吸收太阳能的优势更为显著。根据我国长江中下游地区冬季非集中供暖特征,大多数居住建筑采用人在供暖,人离停止的间歇式供暖方式,与一些寒冷的集中供暖地区相比,室内平均气温偏低,而室外平均气温较高,因此采用内保温能更有利于实现该地区冬季建筑节能。 【关键词】：建筑节能 围护结构 太阳辐射 保温方式 计算流体力学(CFD)
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU111.4;TU18
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 主要符号表12-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 建筑围护结构保温技术的发展14-17
• 1.2.1 墙体保温技术的分类14-15
• 1.2.2 外保温和内保温技术的优缺点15-17
• 1.3 建筑吸收太阳能的研究和应用17-18
• 1.3.1 被动式太阳能建筑的基本形式17-18
• 1.4 国内外研究现状18-21
• 1.4.1 国内外关于气候和建筑的关系的研究现状18-19
• 1.4.2 国内外关于墙体对太阳能的吸收的研究现状19-21
• 1.5 本文研究内容及研究方法21-24
• 1.5.1 研究内容21-22
• 1.5.2 研究方法（技术路线）22-24
• 第二章 物理模型与计算方法24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 数值计算方法及模型建立24-32
• 2.2.1 CFD介绍24-25
• 2.2.2 CFD的基本思想及FLUENT软件介绍25-26
• 2.2.3 数学模型26-28
• 2.2.4 可靠性验证28
• 2.2.5 本文模型介绍28-30
• 2.2.6 计算方法和边界条件30-32
• 第三章 室外气温对墙体的太阳辐射得热量的影响32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 外保温墙体的得热量分析32-43
• 3.2.1 持续供暖时南墙的温度分布以及得热量情况32-38
• 3.2.2 间歇供暖时南墙的温度分布以及得热量情况38-43
• 3.3 内保温墙体的得热量分析43-53
• 3.3.1 持续供暖时南墙的温度分布以及得热量情况43-48
• 3.3.2 间歇供暖时南墙的温度分布以及得热量情况48-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 室内气温对墙体的太阳辐射得热量的影响54-72
• 4.1 墙体温度的分布特征54-65
• 4.1.1 墙体各部分温度随时间的变化规律54-58
• 4.1.2 墙体内部温度分布特征58-65
• 4.2 室内气温对墙体的太阳辐射得热量的影响65-71
• 4.2.1 墙体得热量随时间的变化特征65-68
• 4.2.2 墙体的太阳辐射得热总量分析68-71
• 4.3 本章小结71-72
• 第五章 主要结论72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77

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