自保溫墻體熱濕傳遞數值模擬研究 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：在建筑能耗中，由于圍護結構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象，采用多孔介質熱濕傳遞理論對自保溫墻體處于自然環境下的熱濕傳遞情況進行分析。通過理論分析簡化 Luikov 多孔介質熱濕傳遞模型，結合 Fluent 對自保溫墻體建筑進行熱濕工況模擬，將模擬結果與實驗實測結果對比后發現誤差在允許范圍之內，說明該簡化模型能夠較為準確地反映自保溫墻體熱濕傳遞情況 ，該模型能夠為實際工程中節能設計提供輔助，降低節能設計難度，并提高設計準確度。 關鍵詞：自保溫墻體；多孔材料；熱濕傳遞；數值模擬 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 ” 處理措施構成的外墻保溫系統。與外墻外保溫系統等復合保溫技術相比較，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勢，近年來在我國開始得到越來越多的關注。本文以使用廣泛的加氣混凝土砌塊 作為研究對象，加氣混凝土是以硅質材料（如砂、粉煤灰、鐵尾礦等）和鈣質材料（如水泥、石灰等）為基本原料，加適量引氣劑和其它外加劑，經加水攪拌、發氣膨脹、澆注成型、預養切割、高溫蒸養等工序形成的一種輕質多孔材料 1-3。 1 自保溫墻體熱濕傳遞機理 1.1 多孔介質熱濕傳遞研究現狀 自保溫墻體多由多孔材料組成，多孔介質理論研究已經有 150 多年的歷史。早在 1856 年， Darcy 對法國 Dijon 城的地下水源進行了研究，提出了著名的適用于一定條件下多孔介質中流體流動的 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，根據能量守恒定律、質量定律、動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難以確定且方程求解困難，影響了該模型的廣泛應用； Bear 和 Whitaker 結合經典輸運理論、空間平均定律，在作了必要的假設后，通過發展平均體積單元的平衡方程，形成了多孔介質中熱濕耦合傳遞的多相運動方程和能量方程；Kerestecioglu 等人提出了非飽和狀態下含濕多孔介質中有蒸發冷凝現象存在時熱 濕耦合傳遞問題的數學模型；多孔介質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、質量守恒、線性瞬態對流定律及熵增原理，建立了多孔材料的熱、濕及空氣滲透三項耦合的非線性微分方程，并開發了相應適合于多維模型運算的軟件；張旭等建立墻體內一維熱濕傳遞模型，計算了不同時間步長內墻體溫度和水蒸氣濃度分布，計算表明時間步長對水蒸氣擴散沒有影響。 1.2 Luikov 模型假設和簡化 Luikov 認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、分子遷移以及毛細作用等多種因素對熱濕傳遞的影響，導出了一組熱質耦合方程用來描述多孔介質的熱濕傳遞過程。 Luikov 模型被認為是較為可靠并且實用的，因為溫度梯度也是影響介質中濕傳遞的一個重要因素，因此，將熱傳遞方程跟濕傳遞方程分開并不能真實的描述濕材料內部的熱濕傳遞現象。 本文對 Luikov 模型進行分析簡化，并利用它進行數值模擬，分析 Luikov 模型與實際實驗數據的吻合情況。 為了對 Luikov 模型進行簡化，以加氣混凝土自保溫墻體為研究對象，我們做出如下假設： （ 1）加氣混凝土的熱物性參數恒定不變； （ 2）初始溫濕度在加氣混凝土各處是相等的； （ 3）加氣混凝土內部無內熱源。 基于以上假設，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 為時間； kq 為導熱系數；為水蒸氣擴散系數；為潛熱；為熱梯度系數； cm 為比濕容量； U 為濕度勢。 邊界條件為： （ 3） （ 4） 初始條件： （ 5） （ 6） U 為濕傳遞勢， U 與含濕量 C 有如下關系： （ 7） 2 實驗與數值模擬研究 2.1 實驗條件 本實驗于 2011 年 12 月 4 日至 2011 年 12 月 6 日在大連進行，實驗房尺寸為 1.5m1.5m2m ，為正南北朝向，實驗房墻體構成材料及結構示意圖見圖 1，墻體構成材料的熱物性參數詳見表 1。 圖 1 實驗房墻體結構示意圖 表 1 墻體構成材料熱物性參數 墻體構成 材料 厚度 (mm) 導熱系數 (W/m K) 干密度 (kg/m3) 比熱容(J/kgK) 24h 蓄熱系數 (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 實驗房內外均布置多個溫、濕度傳感器，用于采集室內外溫濕度數據，最終數據取多個傳感器數據的平均值，以減小誤差。 2.2 實驗結果分析 實驗房處于自然環境下，為了模擬室內采暖工況，實驗房內部安置加熱器，加熱功率為 160W（按 80W/m2 設定），試驗過程中同時采集室外和室內的溫濕度數據。在連續 3 天采集數據后，整理采集到的數據，選取第 3 天實驗房內外溫濕度數據如下圖 2： 圖 2 室內外溫度實測值對比 通過分析采集到的數據可以得到，室外溫度 24h 平均值為 -5.4 ，室內溫度平均值 20 。從圖 2 可以看出，室內溫度較室外溫度波動有 2h4h 的延遲，并且波動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，能夠降低室外溫 度波動對室內的影響，具有較好的保溫效果，適用于冬季北方地區外墻保溫。 圖 3 室內空氣溫度模擬值與實測值對比 圖 4 室內空氣相對濕度實測值與模擬值對比 對室內溫度及濕度的模擬，采用成熟穩定的商用計算軟件 Fluent 進行，通過用戶自定義函數（ UDF）功能將Luikov 三維熱濕耦合傳遞模型導入 Fluent。室外溫、濕度、加氣混凝土自保溫墻體傳熱系數、比熱、蓄熱系數等參數為邊界條件。模擬處于自然環境下，也即非穩態環境下的具有自保溫墻體的實驗房內溫濕度變化情況。 從以上圖 3、圖 4 中可以看出，室內溫度模擬結果相對于實驗測試結果的最大絕對誤差在 1 以內，最大相對誤差在5%以內；室內相對濕度模擬結果相對于實驗測試結果最大絕對誤差在 7%以內，最大相對誤差在 10%以內。應當說在現有實驗測試條件及數值計算條件下，這樣的精度是可以接受的，該數值模型能夠較好的模擬自然環境下自保溫墻體建筑室內溫濕度變化情況。 3 結論 本文以加氣混凝土自保溫墻體建筑為研究載體，通過對 Luikov 三維熱濕耦合傳遞模型進行分析和簡化，并合理設置邊界條件，通過對室內溫、濕度模擬值與實測值的對比，發現 該簡化熱濕傳遞模型能夠較為準確地計算室內熱濕狀況，在工程實際應用中，針對采用自保溫墻體的節能設計，可以采用該模型進行輔助設計，以期能夠達到更好的節能效果。因此該數值模型值得推廣，以促進外墻自保溫系統的推廣和建筑節能大戰略的實施。當然，本文的研究工作仍有不足之處，針對自保溫墻體建筑，建筑外圍護結構梁、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一步完善模型，對自保溫墻體建筑熱濕傳遞情況進行更深入地分析。 參考文獻 1 中國建筑科學研究院 . GB50176-1993 民用建筑熱工設計規范 S. 北京 : 中國建筑工業出版社 , 1993. 2 中國建筑科學研究院 . GB50189-2005 公共建筑節能設計規范 S. 北京 : 中國建筑工業出版社 , 2005. 3 吳志敏 , 許錦峰 , 張源等 . 自保溫墻體在夏熱冬冷地區的應用 J. 建筑節能 , 37(319): 8-12. 4 孔祥言 . 高等滲流力學 M. 安徽 : 中國科學技術大學出版社 , 1999. 文檔資料：自保溫墻體熱濕傳遞數值模擬研究 完整下載 完 整閱讀 全文下載 全文閱讀 免費閱讀及下載 閱讀相關文檔 :室內裝修工程施工中問題及措施的探討 城鄉結合部環境現狀及污染防治對策研究 化學工程中化工生產的工藝解析 論城市規劃設計中的環境保護 建筑機電設備安裝施工中常見問題及對策探討 工程項目全面造價管理及其風險探析 淺談市政工程施工的安全管理 建筑工程管理中的施工進度控制研究 試析如何加強工業與民用建筑工程的管理 城市景觀園林規劃設計淺析 變壓器常規檢查維護及常見問題處理 建筑工程中幾種關鍵土建施工技術分析 淺談如何提高電網