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夏热冬冷地区气凝胶玻璃性能模拟与分析

郑思倩  
【摘要】:透明围护结构是建筑物保温隔热最薄弱的环节,随着建筑节能的推进,围护结构热工性能要求提高,针对玻璃外窗保温隔热技术与材料的研究也越来越多。纳米多孔SiO2气凝胶(以下简称气凝胶)因具有轻质、透光、高效隔热等特点,逐渐被推广和应用于节能玻璃领域。颗粒气凝胶节能玻璃是将颗粒状气凝胶材料密实填充于双层玻璃的空隙所制得的三层玻璃系统。根据我国夏热冬冷地区气候特点,研究这种新型气凝胶玻璃的性能对降低建筑能耗有着重要意义。当前研究工作主要基于试验测得的热工性能参数或模拟软件研究气凝胶玻璃的性能和能耗,未充分考虑室外气象参数动态变化、气凝胶材料吸收热辐射引起温度变化,以及这些变化对建筑能耗的影响。本文采用数值模拟与实验测试的方法研究了颗粒气凝胶玻璃系统的光学及传热性能,对比中空玻璃,探讨了气凝胶玻璃在夏热冬冷地区的节能效果,为将来气凝胶玻璃的实际应用提供参考。本文首先通过太阳辐射模型,得到壁面逐时太阳入射角、太阳辐射强度。再根据界面能量平衡原理,建立气凝胶玻璃光学模型,得到随入射角变化的光学性能参数。并基于能量平衡原理,建立状态空间传热模型,得到各层玻璃温度,进而计算逐时得热量,为后续的能耗模拟奠定基础。通过气凝胶玻璃实验平台,采集辐射、温度等夏季实测数据进行分析,同时对比模拟结果与实验结果,验证了模型的准确性。最后,采用所建立的模型在Matlab平台上模拟了长沙地区不同工况、不同朝向气凝胶玻璃性能,分析其相对于中空玻璃的节能效果。模拟结果表明,与中空玻璃对比,夏季通过气凝胶玻璃的传热得热增加,太阳辐射得热减少,玻璃引起的总得热降低了 20%左右;冬季通过气凝胶玻璃传热的室内失热量有效减少,室内净得热增加了 40%以上,气凝胶玻璃最佳安装位置在建筑南立面。同时对南面气凝胶玻璃进行模拟,分析了气凝胶厚度变化对玻璃得热的影响。总体来说,气凝胶玻璃的保温隔热性能优于传统中空玻璃,在以长沙为代表的夏热冬冷地区的具有良好的节能潜力。


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