【摘要】：隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速以及人民生活水平的不斷提高,建筑能源的需求量也越來越大,尤其是采暖和空調(diào),預(yù)計(jì)建筑能耗占社會總能耗的比例將增長到30%,建筑能源的使用情況備受社會的廣泛關(guān)注。減小夏季通過墻體傳入室內(nèi)的太陽輻射量對于建筑節(jié)能具有重要意義,在已有研究中,主要集中在改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身熱性能以達(dá)到減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收太陽能的目的,如新型墻體結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)和改進(jìn),圍護(hù)結(jié)構(gòu)外飾面材料等。實(shí)際中,輻照到建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的太陽能傳入墻體內(nèi)部的熱量,不僅受上述墻體本身性能的影響,還受到表面對流換熱系數(shù)的顯著影響,而對流換熱系數(shù)因建筑群布局和背景風(fēng)場的不同可能在較大范圍內(nèi)變化,為此,本文以上海地區(qū)典型夏季氣候條件為背景,研究建筑外表面對流換熱系數(shù)對南墻吸收太陽輻射的影響,以便為建筑布局在建筑節(jié)能中可能發(fā)揮的作用提供理論依據(jù)。本文以自保溫外墻的普通居住建筑中間層中間位置房間為研究對象,采用計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬的方法對圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過程進(jìn)行動態(tài)模擬,分析在不同的天氣條件(晴天、少云、多云、陰天),實(shí)際傳入南墻內(nèi)部的太陽能受外表面換熱系數(shù)的影響效果。研究結(jié)果表明,在太陽輻射作用下,建筑外表面對流換熱系數(shù)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收太陽輻射熱量的影響很大。由于墻體只在白天吸收太陽輻射,而對流換熱全天都在進(jìn)行,故墻體的得熱量受對流換熱系數(shù)的影響特征在晝夜呈現(xiàn)出了不同的規(guī)律。墻體外表面與空氣的對流換熱系數(shù)增大時(shí),能夠大幅減少夏季由于太陽輻射而增加的墻體凈得熱量。結(jié)果表明,當(dāng)在同一太陽輻射強(qiáng)度狀態(tài)下,外表面對流換熱系數(shù)為19 W/(m~2·K)時(shí)的南墻凈得熱量比8.5 W/(m~2·K)(對應(yīng)靜風(fēng)條件或建筑群氣流不暢的情況)時(shí)的凈得熱量約少40%,這意味著,在夏季,即使是在太陽輻射強(qiáng)度小的陰天,如果建筑群氣流不暢,將導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍空氣的對流換熱量少,仍可能使墻體實(shí)際吸收的太陽輻射熱量大于晴天情況下的得熱量,這些熱量積聚在墻體中,將引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷增加。能夠在夏季形成建筑群內(nèi)部良好通風(fēng)環(huán)境的建筑布局形式,可以大幅度減小墻體對太陽輻射的實(shí)際吸收量,從而實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU111
【圖文】：

太陽輻射能是地球上熱量的基本來源，建筑物外部主要的氣候條件之一，也是影響建筑能耗的重要因素。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)接收到的輻射主要為直射輻射和散射輻射，如圖1-5所示。“太陽直射輻射”是指透過大氣層直接達(dá)到地面的太陽輻射，方向未被改變，相應(yīng)的，“太陽散射輻射”是指太陽輻射在透過大氣層中，被大氣中的氣體分子、固液態(tài)顆粒反射，無特定方向的輻射。在我國，北方和西北地區(qū)主要以太陽直射輻射為主，而在南方地區(qū)，天空散射輻射所占的比重相對較大[23]。影響太陽輻射的因素很多，其中主要包括太陽的高度角、大氣透明度、地理緯度、天空云量和海拔高度等因素，它隨地理位置、氣候、季節(jié)，甚至同一天內(nèi)的不同時(shí)間而發(fā)生變化。根據(jù)氣象學(xué)定義[24]，根據(jù)云量對不同天氣進(jìn)行如下定義：云量在 0%-10%為晴天；10%-30%為少云；30%-70%為多云；大于 70%為陰天�！睹裼媒ㄖ䶮峁ぴO(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[20]指出

系數(shù)對自保溫南外墻吸收太陽輻射情況的影響作用，本文擬采用 CFD 數(shù)值模擬的方法，根據(jù)上海地區(qū)的典型室外氣象數(shù)據(jù)資料，對建筑物南向房間的內(nèi)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)數(shù)天的動態(tài)傳熱數(shù)值模擬，具體研究路線如圖1-6所示。為簡化計(jì)算的工作量，對模型做如下假設(shè)：(1) 假設(shè)同一天氣條件下每日的氣溫和太陽輻射變化規(guī)律相同；(2) 夏季室內(nèi)溫度設(shè)為 26℃。

房間尺寸為 4m×3.6 m×2.8 m (進(jìn)深×寬×高)，窗墻比為 40%。建筑模型以及墻體結(jié)構(gòu)如圖2-2 所示。(a) 墻體模型 (b) 計(jì)算對象 (c) 墻體結(jié)構(gòu)圖 2-2 建筑模型和墻體結(jié)構(gòu)圖 2-2 (a)為建筑模型的中間兩層，圖 2-2 (b)為本文的計(jì)算對象，其在整個(gè)建筑中的橫截面為圖 2-2 (a)中深灰色部分。建筑外墻采用自保溫墻，構(gòu)造如圖2-2 (c)所示，樓板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。材料的厚度和參數(shù)見表 2-1。表 2-1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的物性參數(shù)建筑結(jié)構(gòu)材料名稱厚度 /mm密度 /(kg·m-3)熱容 cp/(J·kg-1·K-1)導(dǎo)熱系數(shù) /(W·m-1·K-1)結(jié)構(gòu)層細(xì)石空心混凝土砌塊240 1000 1170 0.296抹灰層 砂漿 20 1800 1050 0.930樓板 鋼筋混凝土 100 2500 920 1.740內(nèi)墻 鋼筋混凝土 100 2500 920 1.7402.4.2 邊界條件采用 Gambit 2.4.6 軟件生成數(shù)值計(jì)算區(qū)域所需的網(wǎng)格，以 ANSYS16.0 作為本文數(shù)值模擬的基本程序。離散控制方程為有限容積法，對離散方程的差分為Second Order Upwind 格式。采用非穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法，時(shí)間步長為 10 s

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本文編號：2795750