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低能耗建筑主动动态复合围护结构研究

张辉  
【摘要】:能源和环境问题是当今世界各国共同面临的重大社会问题。随着社会的进步和科技的发展,先进的建筑技术在给人们提供舒适人居环境的同时,也占据了人类30%的能源消耗以及同比例的环境污染。建筑节能是解决能源问题的重要途径。 为缓解我国的能源资源与经济社会发展的矛盾,必须立足国内,显著提高能源资源利用效率。本课题正是立足于建筑节能的目标和要求,以武汉华中科技大学000PK建筑为例,提出了新型建筑围护结构——动态复合围护结构,将室内热交换废风主动送入动态围护结构空气间层,在充分利用建筑能量的同时,不仅改善了围护结构的热工性能,同时调节了围护结构对表面的热辐射,达到了节能环保和改善热舒适的双重目的。本文针对动态复合围护结构,采用理论分析、数值模拟和实验测试相结合的方法展开研究,主要研究内容包括以下几方面: (1)结合相关的建筑热物理学理论,对动态复合围护结构的传热模型、传热系数进行了分析,同时根据相关理论分析进行了动态围护结构的传热计算并得出相关结论。 (2)通过对动态复合围护结构在不同季节、不同状态时的数值模拟和实验测试对比发现,动态围护结构空气间层的主动通风不仅改善了围护结构夏季的隔热特性和冬季的保温特性,同时对围护结构内表面温度表现了良好的调节作用。同时,通过数值模拟和实验测试对比验证了结果的一致性。 (3)通过对动态复合围护结构不同季节、不同状态的数值模拟表明,围护结构在不同季节的主动通风调节影响了围护结构内表面的热辐射,夏季主动通风有效增强了围护结构内表面的“冷辐射”,冬季主动通风有效降低了内表面的“冷辐射”。同时,通过动态围护结构的理论分析、数值模拟和实验测试,得出了围护结构的动态传热系数结论,并针对不同状态的动态围护结构主动通风情况的传热分析,同时得出了根据不同气候条件进行围护结构主动动态调节的合理建议。 (4)以000PK建筑为例,通过对不同季节、不同状态的动态围护结构与建筑环境影响的数值模拟分析表明,夏季高温情况下,围护结构的主动通风调节不仅增强了围护结构的隔热性能,降低了围护结构内表面的热辐射,同时降低建筑室内的温度,改善了建筑室内的热舒适性;冬季低温情况下,围护结构的主动通风调节增强了围护结构保温性能,改变围护结构内表面的辐射温度,同时抑制建筑室内温度的降低趋势,改善了室内热舒适性。就建筑系统而言,动态围护结构的主动调节在夏季形成了形成“冷墙”效应,冬季形成了“暖墙”效应,对建筑节能和建筑热舒适调节有帮助作用。 本文以华中科技大学000PK建筑研究为例,对提出的动态复合围护结构进行了理论分析、数值模拟和实验测试的验证。其研究成果对为指导和实施目前建筑节能的研究与发展具有一定的参考价值。


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