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《华南理工大学》 2011年
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多孔建筑材料表面换热系数的风洞实验研究

李宁  
【摘要】:建筑外表面换热系数是建筑能耗分析的重要参数,又是模拟城市风环境和热环境的重要边界条件,对研究室内外热舒适性以及城市高温化及热岛效应等问题都有重要意义。现今,外表面换热系数在热工计算中各国均取为定值,对于其包含各分项,尤其是相变存在情况下各表面换热系数的动态研究少之又少。 蒸发相变换热普遍存在,对于多孔建筑材料,但凡降雨吸湿过后,在外界气候条件的综合作用下,一般均会发生强度不一的蒸发,尤其在夏季,蒸发更加强烈。蒸发能带来冷却降温效果,蒸发过程中材料的换热情况也与干燥状态大不相同,因此研究多孔建筑材料在蒸发过程中的动态表面换热系数,对建筑节能具有重要的理论和实际意义。本文利用热湿气候风洞对此问题加以探索。 全文主要从两大方面展开:其一,风洞控制系统的改造完善及精度评价;其二,蓄水材料蒸发时动态表面换热系数风洞实验方法的提出及实验研究。 首先针对本中心热湿气候风洞实验室现状,自主设计开发了一套智能集成控制系统,以更好地实现对室外环境的模拟控制,并实现对测量参数和热工计算结果的运算处理及动态展示。控制台以动画形式实时显示风洞内部各控制设备的运行状态,动态跟踪描绘热工参量的逐时刻变化曲线,自动采集并计算结果,是一套高精度的全自动智能控制系统。 针对新集成的系统,对其控制精度进行了必要的评价。结合风洞实际情况,借鉴最新的非统计不确定度评定方法,在控制的全范围内,分别选用灰理论和熵理论大样本法对动态及稳态控制工况进行精度评定,具体给出了每一种工况下系统对环境四参数的控制精度,结果表明,系统对建筑气候区划Ⅰ~Ⅴ区典型城市夏季典型气象日的动态模拟控制精度方面,除了温度测量数据分散性及与控制值的偏差较大外,相对湿度、太阳辐射照度和风速的控制均已达较高精度;稳态控制,高温工况数据的分散性及与控制目标的偏差较大,低风速工况数据的分散性较大,而相对湿度、辐射照度控制精度较高。总体来说,风洞已经具备动态实验气候的复现能力,可以开展后续研究。 利用热湿气候风洞技术,提出多孔建筑材料在蓄水蒸发过程中外表面各换热系数的实验求算方法。基于一维动态传热传湿原理,将多孔的土壤热流密度传感器引入风洞中,在材料外表面建立热平衡方程,由牛顿冷却定律求得表面蒸发换热系数、对流换热系数和辐射换热系数的逐时动态值。该方法是对材料热湿耦合传递过程中热湿物性参数动态测试方法的探索,将为建筑热工领域相关问题的研究提供一条方便实用的道路。 选取三种不同的多孔建筑材料,分别为人行道透水砖、佛甲草-土壤轻型卷铺屋面和节能外墙多孔饰面砖,在风洞中进行不同建筑气候分区代表城市夏季典型日的实验测试,通过横向和纵向的一系列比较,详细分析并总结了材料在蒸发过程中,外表面各换热量的变化规律、相互影响及大小关系,给出了蒸发换热系数、对流换热系数、辐射换热系数的逐日、逐时平均值。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU502

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