风速风向对建筑物南墙冬季太阳辐射净得热量的影响

【摘要】：在建筑供暖能耗中,仅通过外墙造成的能耗约占50%。不仅围护结构保温是建筑节能的重要组成部分,建筑外围护结构冬季吸收太阳辐射的净得热量也是影响建筑节能的关键因素。不同保温形式通过影响建筑外围护结构的外表面温度,影响墙体吸收太阳辐射实际得热量和建筑节能效果。辐射到建筑外围护结构的太阳能,一部分通过对流换热散发到大气中,剩余部分传入墙体内部,这部分热量才是墙体实际吸收的太阳能。墙体表面对流换热过程受到风速、风向、室内外温度、室外太阳辐射等因素的影响,其中风速和风向决定了室外对流换热系数。为此,本文采用CFD数值模拟,研究了以上海为代表的长江下游地区,风速、风向对不同保温形式建筑南墙实际吸收的太阳辐射热量的影响。通过分析墙体内温度场及墙体吸收太阳辐射能随时间的变化规律,计算了不同工况在连续日照情况下,墙体的太阳辐射净得热量随连续日照天数的变化。本文还进一步比较了风速和风向两者影响南墙冬季太阳辐射净得热量的程度,并讨论了长江下游地区5个典型城市的太阳辐射净得热量。结果表明,随着日照天数的增加,内保温南墙外表面温度日变化先周期上升后达到周期稳定,而外保温南墙外表面温度日变化基本不随日照天数变化。另外,风速越大,南墙太阳辐射净得热量越小。南墙为迎风面时,墙体表面对流散热量远大于南墙为背风面时的情况,进而太阳辐射实际得热量比南墙为背风面时的情况小。风向、风速都会影响到南墙冬季太阳辐射净得热量,其中前者的影响远大于后者。这使得风向风频相近的地区南墙净得热量相近,但风速接近的地区净得热量却不一定相近。通过对长江下游地区5个典型城市的南墙太阳辐射净得热量的研究计算,结果表明,尽管太阳辐射强度和太阳高度角均近似相等,但风速风向的作用使得各城市的冬季南墙的太阳辐射净得热量差别较大,其中冬季主导风向为北风的地区,建筑物对太阳能的实际吸收率最高。