围护结构热湿耦合传递模型及简便求解方法

为了预测围护结构内的温度和湿度分布,以连续变量,相对湿度和温度为驱动势,考虑热传递与湿传递之间的耦合作用,建立了围护结构热湿耦合传递非稳态模型,并提出了基于多物理场耦合仿真模拟软件COMSOL的热湿耦合传递模型简便求解方法。通过对比新建模型模拟结果与HAMSTAD标准验证实例,验证了模型及求解方法的准确性。     

日光温室热湿环境影响机理研究进展

日光温室的热湿环境由于受到周期性太阳辐射、温室内外传热传湿、土壤性质、温室结构以及围护结构材料的影响而呈现动态变化,并且涉及温室作物复杂的生理过程和热湿传递等物理过程,运行机理极其复杂.在总结国内外现有日光温室热湿环境研究的基础上,从四个方面探讨了日光温室热湿环境系统的研究内容和方法,并指出了各方面研究中存在的不足和日光温室热湿环境研究的发展方向.     

有效湿渗透深度模型EMPD对建筑热湿耦合模拟的适用性研究

介绍了能耗模拟软件中使用最多的3种热湿耦合模型：有效湿渗透深度模型EMPD、热湿耦合传递模型HAMT以及有效湿容模型EC,分析了3种模型的公式基础及优劣。以南京地区办公室为例,使用能耗软件EnergyPlus作为计算平台,详细分析了EMPD模型对室内温湿度和全年能耗预测的准确度,比较了其与EC和HAMT的误差并分析了原因。研究结果表明,3种模型中EMPD在计算湿方面更接近作为参照标准的HAMT模型,尤其是在模拟夏季高温高湿情况下,误差小于5%,在计算能耗方面同样比EC模型更接近HAMT,误差小于8%,并且计算用时只有HAMT模型的几十至几百分之一,因此在需要兼顾计算精度和速度的情况下,可以选用EMPD模型进行建筑模拟。针对现有EMPD公式基础提出修改建议,以进一步提高计算精度。     

基于混凝土浇筑仓表面实测温度分布的太阳辐射热反馈

混凝土建筑物的温度场受太阳辐射热的影响很大,但基于混凝土建筑物现场实测温度进行太阳辐射热反馈较少。结合西南某建设中的混凝土坝工程,实时在线监测高温季节浇筑仓表面受环境气温和太阳辐射热的影响,通过建立浇筑仓表面小尺度温度统计模型,分离出环境温度分量,进而基于环境温度分量反馈了监测期间的太阳辐射热。分析表明,在高温季节,太阳辐射热对混凝土浇筑仓温度影响很大,能使该大坝混凝土浇筑仓周围空气日平均温度增量达到11℃以上,周围空气温度增量峰值达到30℃左右。     

防火服热湿传递数学建模及人体皮肤烧伤预测

为了研究防火服内热湿传递规律,首先根据织物结构内部热湿传递的质量守恒和能量守恒等物理学定律,考虑消防水对热传递的影响,在已有热传递模型基础上加入湿传递方程,建立高温高湿环境下多层防火服-空气层-人体皮肤系统中的热湿耦合传递数学模型。然后利用有限差分方法求解该模型,得到防火服各层关于温度和水蒸气浓度的分布图。最后将热湿传递模型与皮肤烧伤模型相结合,通过计算烧伤积分值,预测了人体皮肤达到各级烧伤的时间。数值模拟表明:一定量的湿传递能够有效减缓温度上升的速度,延长皮肤达到各级烧伤的时间。该模型为高温高湿环境下防火服的设计提供了一定理论依据。     

材料热物理参数对沥青路面温度场的影响

为了分析沥青面层材料热物理参数对路面整个深度范围内温度场的影响规律,根据传热学和气象学的基本原理,得出路表面热平衡方程,以实测太阳辐射值、气温、风速作为模型的边界条件,采用ANSYS CFX软件,进行三维数值建模。通过实测数据验证模拟值的准确性,进而分析路面材料的吸收率、导热系数、比热、发射率和密度对沥青路面温度场的影响。结果表明:该CFX计算模型具有较高的精度;同时,为改善高温地区沥青路面温度场,路面材料应具有吸收率小、导热系数小、比热大、发射率大的特点;研究结果可为节能环保型路面的选材与设计奠定基础,并为如何改善沥青路面温度场提供理论依据。     

火灾下钢筋混凝土热弹塑性徐变本构方程研究

火灾高温作用下钢筋和混凝土材料的力学性能变化非常复杂.为了研究钢筋混凝土材料的抗火性能,基于热弹塑性徐变理论,考虑了材料性能随温度的变化,并根据不同的屈服法则,推导出了钢筋和混凝土材料热弹塑性徐变问题的增量本构方程.采用了向后Euler积分法和隐式积分的广义中心法,根据给出的求解步骤对推导得出的钢筋和混凝土热弹塑性徐变本构方程进行了数值模拟,所得结果与现有试验模型基本吻合.从计算结果可以看出,高温下钢筋混凝土材料的徐变应变是不可忽略的,并且随着温度的升高而升高.该研究为进行钢筋混凝土结构在火灾高温作用下的耐火性能分析提供了理论依据.     

热湿气候地区常用外保温墙体热湿性能分析

为了分析热湿气候地区常用外保温墙体的热湿性能,以温度和相对湿度作为驱动势,构建多层墙体一维瞬态热湿耦合传递方程,并基于COMSOL Multiphysics,对建筑墙体热、空气、湿耦合传递模型进行求解。然后以热湿气候地区典型城市南昌为例,将水泥砂浆-保温层-红砖-水泥砂浆墙体作为研究对象,分析了EPS、PU及XPS3种外保温墙体的热湿性能。结果表明:在制冷季采用EPS、PU及XPS材料进行外保温的墙体总热流通量较不保温墙体分别下降了62.6%、66.5%和65.6%。在夏季典型日(7月22日),EPS、PU及XPS材料与红砖层交界处的平均相对湿度分别为87.3%、87.4%、86.5%,均在85%以上;在冬季,3种材料在墙体接触面上,相对湿度大于80%的时间分别为64%、66%和67%,因此保温层与红砖层交界处较容易滋生霉菌。     

钢筋混凝土火灾下热湿耦合热过程研究

对钢筋混凝土在火灾高温作用下热湿迁移机理进行分析,提出了混凝土在高温作用下热湿热递模型,通过数值模拟和实测数据分析,表明模型基本能反映混凝土在火灾作用下的实际过程。     

空气层防潮性能的研究

在建筑围护结构中设置封闭空气层,是常见的保温措施。通风空气层设置在围护结构的低温面对围护结构有去湿的作用,这点早已被公认,但如何有效地防止围护结构中热绝缘材料受潮,同时又不降低其保温性能,这已是建设热工设计上一个非常重要的问题。最近发现,围护结构低温面设置空气层对相邻热绝缘材料有防潮的作用。本文从多孔材料的热湿迁移的基本关系出发,通过模型对比实验,进一步分析和证实了空气层在围护结构中的防潮作用,说明了空气层的防潮隔热机理,表明了密闭空气层中空气渗透将大大降低热绝缘材料的热阻值。在此基础上提出了空气层防潮的最佳方案。     

Development of experimental study on coupled heat and moisture transfer in porous building envelope

A new facility was presented which can expediently and cheaply measure the transient moisture content profile in multi-layer porous building envelope. Then, a common multi-layer porous building envelope was provided, which was constructed by cement mortar-red brick-cement plaster. With this kind of building envelope installed in the south wall, a well-controlled air-conditioning room was set up in Changsha, which is one of typical zones of hot and humid climate in China. And experiments were carried out to investigate the temperature and moisture distribution in multi-layer building envelope in summer, both in sunny day and rainy day. The results show that, the temperature and humidity at the interface between the brick and cement mortar are seriously affected by the changes of outdoor temperature and humidity, and the relative humidity at this interface keeps more than 80% for a long-term, which can easily trigger the growth of mould. The temperature and humidity at the interface between the brick and cement plaster change a little, and they are affected by the changes of indoor temperature and humidity. The temperature and humidity at the interface of the wall whose interior surface is affixed with a foam plastic wallpaper are generally higher than those of the wall without wallpaper. The heat transfer and moisture transfer in the envelope are coupled strongly.     

Experimental and theoretical study on thermal and moisture characteristics of new-type bamboo structure wall

Thermal and moisture characteristics of the bamboo structure wall were tested in natural climate and three representative variation processes of heat and moisture: heating from solar radiation in summer at normal temperature and humidity, heating from solar radiation in summer at normal temperature and high humidity after rain, humidifying from brash in summer at high temperature and normal humidity. The results show that, in summer, the largest temperature difference between external and internal surface of the 28 mm-thick bamboo plywood wall is 11.73 °C (at 15:40) and the largest strain difference is 136 μm/m (at 18:50), both in ambient and indoor conditioned environment. In heating process, lengthways of the wall surface are in contracting strain while transverse ways are in expanding strain at initial stage and in contracting strain during later period. When the high temperature wall is humidified by rain, the surface temperature drops, moisture content increases and the expanding strain is presented on the surface during the whole process. Temperature and moisture content are two important factors which affect thermal and moisture stress (TMS) of the bamboo structure wall. The TMS is not only related to temperature and moisture content, but also greatly affected by temperature gradient, moisture content gradient and rates of changing.     

织物热湿传递性能及服装热湿舒适性评价的研究进展

综述了织物的热湿传递性能及服装热湿舒适性评价的各种研究方法并分析了各种方法的特征.将热湿传递性能研究分为单纯热湿传递和综合热湿传递,对服装热湿舒适性评价进行了讨论.从微气候参数评价方法、生理学评价方法、心理学评价方法及综合评价方法等方面进行了阐述;最后展望了织物的热湿传递性能及服装热湿舒适性研究方法的发展趋势.     

多层墙体热湿耦合传递模型及验证

从非平衡热力学角度论证了多层墙体热湿耦合过程采用水蒸气分压力和温度作为驱动势的合理性。由于水蒸气分压力是含湿量和温度的函数,利用全微分思想,建立了多层墙体热湿耦合传递模型,该方法可避免Budaiwi方法在热湿耦合模型建立过程中采用的空气含湿量与相对湿度间的近似表达式,而且简化了方程系数,便于方程的求解。通过对多层墙体求解结果的对比,验证了该模型的有效性。     

湿迁移对墙体传热的影响分析

考虑温湿度对墙体材料热湿物性参数的影响,建立以相对湿度和温度为驱动势的墙体热湿耦合传递模型。在变温湿度边界条件下对墙体非稳态热湿耦合传递过程进行分析,计算得到墙体表面温湿度及热流密度,与不考虑传湿情况进行对比分析。结果表明：不考虑吸放湿时墙体内表面温度比考虑吸放湿时变化幅度大,且前者内表面平均温度与后者相差约0．9℃;因墙体内表面吸放湿作用引起的相变潜热约占总壁体传热量的27．5％,在负荷计算中不可忽略。     

温控箱-热流计法在现场检测围护结构传热系数中的应用研究

采用温控箱-热流计法对长春市某节能示范工程外墙传热系数进行现场检测,分析了围护结构现场检测仪的精度,以及太阳辐射、热箱内对流及辐射、气候条件等因素对围护结构传热系数的影响。实验说明,温控箱-热流计法用于围护结构现场检测具有操作便捷且数据准确的特点,现场测试应尽量避免太阳辐射、热箱辐射以及其他因素对测试结果的影响。     

槽式太阳能集热器传热模型及性能分析

槽式太阳能集热器一维和二维传热数学模型是一组非线性代数方程,为改进求解的稳定性和计算精度,将槽式太阳能集热器一维和二维传热模型的求解看作有约束优化问题,建立了集热器传热过程求解的有约束优化数学模型,应用MATLAB软件优化函数fmincon进行求解。分析了传热流体入口温度及太阳能辐射热流密度变化对集热器性能的影响。采用fmincon函数求解集热器传热过程,计算速度快,计算过程稳定。分析表明,传热流体温度变化对集热器效率的影响大于太阳能辐射热流密度对集热器效率的影响。     

一维多孔介质热湿耦合传递问题的解析解

为准确确定建筑物的能耗,保证建筑物的使用功能,需对土壤和围护结构中的热湿迁移现象进行研究.本文基于Luikov热湿耦合传递方程,提出了一种计算一维多孔介质瞬态热湿传递的理论分析方法.通过引入无量纲温度、湿度对Luikov方程进行拉普拉斯变换,采用传递函数方法(TFM)得到了一维瞬态热湿传递方程的解析解,该解析解揭示了多...     

加气混凝土外表面蒸发换热影响因素实验研究

在热湿气候风洞内,用正交实验研究了一定初始含水率下加气混凝土蒸发换热的影响因素。从对蒸发换热量影响的显著性和持久性来衡量,太阳辐射居首,其次是试件厚度,再者是风速,最后是温度,而相对湿度的影响较小,温度和相对湿度的交互作用亦不显著。太阳辐射、风速、温度及试件厚度对材料蒸发换热量影响最显著的水平分别为400w／m^2、1．5m／s、30℃、100mm。其原因是太高的辐射和温度导致了材料表层温度过高,表面蒸发过快而“干化”,从而阻碍材料内部水分向表层的迁移;而过高的风速和过厚的材料也对其自身蒸发换热产生负面影响。