定型相变通风屋面隔热性能影响因素分析

本文提出一种新型屋面结构,在屋面结构内部设置相变材料层和通风层,以提高屋面隔热性能.以定型相变通风屋面作为研究对象,采用CFD数值模拟软件建立中间层定型相变通风屋面的三维传热模型,模拟分析相变温度,相变材料厚度,空腔通风策略和空腔大小等因素分别对屋面热工性能和相变材料潜热利用率的影响.模拟结果表明,对于中间层定型相变通风屋面,相变材料厚度为25 mm、 相变温度为33～35益,通风速度为2.5 m/s,空腔半径为40 mm,是最为优化的屋面结构.该工况下中间层定型相变通风屋面内表面的最高温度相比于非相变通风屋面降低了3.38益,内表面平均温度降低了1.68益,衰减系数降低了0.167,延迟时间增长了4小时.     

相变通风屋顶的供热节能优化设计研究

提出太阳能相变屋顶系统(主要由太阳能空气集热系统、相变通风屋顶组成),将两种相变材料(PCM1、PCM2,PCM1用于供冷期蓄冷,相变温度在35℃左右。PCM2用于供暖期蓄热,相变温度在18℃左右)及风道(预制在钢筋混凝土板内,供冷期利用夜间低温空气冷却屋顶与PCM1,供暖期利用太阳能空气集热器出口热空气加热屋顶与PCM2)预制在屋顶内,形成相变通风屋顶(由上至下的基本结构为保护层、防水层、找坡层、保温层、找平层、PCM1、钢筋混凝土板),实现供冷期夜间蓄冷日间吸热、供暖期日间蓄热夜间放热。针对供暖工况,采用模拟方法,结合评价指标,对相变通风屋顶中相变材料(由于供暖工况PCM1不发生相变,因此研究对象为相变材料PCM2)的相变温度、结构(即相变材料位置)、相变材料厚度进行优化选取。A型相变通风屋顶将PCM2设置在PCM1与钢筋混凝土板之间,B型相变通风屋顶将PCM2设置在钢筋混凝土板下面,C型相变通风屋顶将PCM2设置在预制风道外圈。PCM2的最佳相变温度为18~20℃,最优结构为B型相变通风屋顶,PCM2最佳厚度为30 mm。与无相变通风屋顶(将B型相变通风屋顶中的30 mm厚PCM2相变材料替换成相同厚度的水泥砂浆,保留预制风道,其他各层材料及厚度均保持不变)相比,最佳相变通风屋顶(PCM2相变温度为18~20℃、厚度为30 mm的B型相变通风屋顶)的各项评价指标均更优。     

夏热冬冷地区相变储能屋面节能效益的LBM数值模拟

针对夏热冬冷地区绿色建筑相变储能屋面,采用基于焓法的多松弛时间格子玻尔兹曼法(LBM),计算太阳辐射影响下屋面的瞬态共轭传热和相变过程,探索相变材料融化温度对屋顶内表面温度变化的影响机理,得出间隙用能条件下相变储能屋面的节能特性,并与填充显热保温材料的屋面进行对比研究。在此基础上,采用增量综合效益计算模型,分析相变储能屋面和显热保温材料屋面全生命周期的增量成本和增量效益,进而对绿色建筑屋面的综合效益进行科学评估。     

无土植被屋顶的设计及施工

隔热目的是控制外围护结构的内表面温度及其波动幅度,并使内表面最高温度与室外最高综合温度之间有一定的延迟时间。在外围护结构中,隔热要求最高的是屋顶。植被屋顶,有铺上种植和无土种植两种,指的是在屋顶上种草或其它植物,利用植物叶面的蒸腾和光合作用吸收太阳辐射,具有很好的隔热能力。无上植被屋顶是用某种介质代替土壤铺在屋顶上,由营养液供给植物营养。可以代替土壤的种植介质,有蛙石、木屑、砾石、粗砂、钢渣和岩棉等。植被屋顶的隔热性能与植被覆盖密度。介质层厚度和基层的构造等因素有关。无土植被这种屋面形式,由于选…     

相变通风屋面简化动态热网模型研究

本文提出一种新型建筑围护结构——相变通风屋面,该结构通过利用相变材料的相变潜热吸收室外得热,并利用夜间通风带走相变冷凝热,降低室内空调负荷。建立了相变通风屋面简化动态热网模型,利用遗传算法对相关参数进行了辨识,并对比分析了简化模型的准确性与实用性。结果表明,简化热网模型非通风和通风工况的模拟结果中,屋面内表面温度平均值与参考模型分别相差0.04℃和0.13℃,内表面温度的相对误差平均值分别为5.8%和8.9%,内表面热流相对误差平均值分别为4.0%和6.7%,准确性高,实用性强,计算量小,可嵌入到能耗模拟软件中进行节能特性分析及气候适应性分析。     

基于正交试验的外保温系统衰减系数和延迟时间的数值模拟分析

衰减系数和延迟时间是评估外墙保温系统保温性能的重要指标,本研究基于正交试验的设计方法,采用三因素四水平的正交设计,选取外墙保温系统中保温层不同导热系数、比热容和厚度进行数值模拟计算,研究其衰减系数和延迟时间的变化规律。结果表明:影响外墙保温系统衰减系数和延迟时间的因素排序为:保温层厚度导热系数比热容;比热容对衰减系数的影响可忽视,保温层厚度和导热系数是影响衰减系数的主要因素;比热容对延迟时间有一定的影响,但其影响程度不及导热系数和保温层厚度。     

排风隔热墙动态传热特性的研究

在原有工作的基础上建立排风隔热墙动态数值模型,并用该模型对墙体的动态传热特性进行模拟研究。通过计算其在真实室外温度扰动下的衰减系数与延迟时间,来评价该墙体维持内表面温度稳定的能力。对比常规墙体的房间负荷,探讨排风隔热墙的节能优势。结果表明排风热回收墙能获得更稳定内表面温度,在实际运行中该温度也比常规墙体更低。另外也对带内衬结构的墙体进行了模拟与对比,发现内衬结构可以优化传热获得更低的衰减系数,同时,也降低了房间负荷。     

建筑外皮相变隔热研究(Ⅱ)——建筑相变隔热设计原理与方法

本文首先说明了相变隔热设计中相变温度和相变材料用量的确定原理,而后详细阐述了相变温度和相变材料用量的确定方法,最后以厦门普通屋面为例,分析说明了相变隔热设计的具体应用。实例计算结果表明:1)利用相变材料对现有围护结构进行隔热,一般只需几mm的相变层厚度,其热阻可忽略不计,相变隔热设计可基于无相变层来考虑;2)相变材料及其用量的确定与室内外热作用、围护结构构造及相变层位置有关,需通过计算选定;3)室内侧热扰(如房间通风)对围护结构外表面温度及热流影响很小,当相变材料拟置于建筑外表面时,相变温度及相变材料用量的确定可仅基于室外侧热扰考虑,相变隔热设计相对简单。     

相变材料应用于建筑外墙的温度与能耗模拟

使用EnergyPlus能耗模拟软件对相变材料作为外墙表面隔热材料的应用效果进行模拟,在小空间和小型办公室的模型上,改变相变材料的相变温度、材料结构和用量等使用条件,并进一步考虑室内热源和不同气候区的影响,对比分析在空调季节里空间内部温度的变化情况和空调节能效果。模拟结果表明:相变温度稍高的相变材料更有利于夜间散热蓄冷,同时,结合双层复合结构可获得更好的温度抑制和节能效果;内热源的存在会提高房间空调能耗的基数,从而使相变材料空调节能率计算值降低,并且在一定程度上掩盖了相变材料对室内平均温度的抑制作用,尽管如此,相变材料在有内热源环境下使用时空调节能量仍与无内热源时相当。     

一种新型双层定型相变墙体节能效果分析

目前常见的单层定型相变材料,在室内或者室外使用往往只能在夏季或冬季发挥作用,为改善全年室内热环境,降低全年建筑运行能耗,且减少墙体改装面积,本项目提出一种新型的双层定型相变墙体,具体做法为在建筑物外墙内外表面均添加定型相变材料板,外层相变板具有较高的相变温度,在夏季发挥作用,内层相变板具有较低的相变温度,在冬季发挥作用。本文中的双层定型相变墙板用于建筑南外墙,该研究主要分析了相变材料厚度、相变温度对建筑运行能耗和建筑室内热环境的影响,最后根据节能率性及经济性因素得出了相变墙板的推荐使用厚度及其对应的相变温度,为该结构在建筑节能中的应用提供技术支持。     

兰州建筑墙体朝向对延迟时间和衰减系数的影响

本文的目的是为了研究在实际环境条件下,建筑墙体朝向对延迟时间和衰减系数的影响。通过现场实测数据分析,发现同一日期同一房间不同朝向相同材质的建筑墙体,其延迟时间和衰减系数有时会存在较大的差距,延迟时间差距可达7.93 h,衰减系数达到0.19,这说明建筑墙体的延迟时间和衰减系数不仅受墙体厚度、材质等条件的影响,建筑朝向、室外天气情况变化等因素的影响也不容忽视。     

采用定形相变材料墙体节能效果分析

基于Ansys软件建立数学模型,计算分析不同厚度、不同结构和布局的定形相变材料与混凝土组成墙体的节能效果。结果表明,定形相变材料越厚,墙体内表面温度随外界温度变化幅度越小,能够有效降低室内空调设备能耗;定形相变材料厚度一定时,不同的定形相变材料结构和布局对墙体内表面温度的波动影响较小,在节能降耗上差别不大。     

建筑外表相变隔热研究(Ⅲ)——多重相变温度和材料用量确定的理论与方法

本文首先阐述了利用拉氏变换确定多重相变温度和材料用量的原理,而后导出了利用反应系数法计算多重相变温度和材料用量的方法,最后以厦门普通屋面为例,分析说明了该理论与方法的具体应用.实例分析结果表明:内、外侧热作用引起的围护结构中的温度和热流变动可分解为单侧热作用引起的变动值的迭加;单侧热作用引起的围护结构中的温度和热流变动可用反应系数法来计算,温度反应系数和热流反应系数可分别由式(12)和式(13)计算确定;多重相变温度和材料用量可分别按式(14)和式(17)计算确定;当多重相变材料用于建筑外表面隔热时,相变温度可基于室外综合温度日平均值来确定;利用多重相变材料进行建筑隔热一般只需几毫米的相变层厚度.     

北非地区大空间相变屋面联合夜间通风节能策略

博物馆作为大空间公共建筑,因其空间体积大、人流量大、室内环境要求高的特征导致空调能耗过高,节能减排潜力巨大。在北非地区,夏季气候干热、太阳辐射高、气温日较差大的特点,为相变屋面联合夜间通风的节能技术提供应用条件。将相变屋面联合夜间通风技术应用于大空间博物馆建筑,建立考虑温度分层的建筑能耗仿真模型,研究了不同相变因素和通风参数对空调能耗的影响。结果表明,在热带沙漠气候下,当相变层厚度小于15 mm时,宜采用高相变温度的PCM(RT35HC);当相变层厚度超过15 mm时,宜采用低相变温度的PCM(RT27),可以保证相变材料的完整相变循环,随着厚度的增加,其节能率也逐渐增加;通风时间段取1:00-8:00,换气次数取9次/h时节能效果最佳。在地中海气候下,当相变层厚度为5 mm时,宜采用高相变温度的PCM(RT31);当相变层厚度超过5 mm时,宜采用低相变温度的PCM(RT27),但设计厚度超过20 mm之后节能率增加不再显著;通风时间段取1:00-8:00,换气次数取6次/h时节能效果最佳。研究成果为北非地区两种典型气候下大空间建筑应用相变屋面联合夜间通风技术提供节能设计策略。     

相变材料应用于建筑围护结构的能耗模拟

将相变材料(PCM)应用于建筑围护结构中具有降低建筑能耗的巨大潜力。但是PCM的节能效果与气候环境及其本身的因素相关。通过数值模拟的方法验证了PCM应用于深圳某建筑围护结构中的节能潜力,并对影响PCM应用效率的因素进行了研究。结果表明,在深圳地区建筑中应用PCM的全年最佳相变温度为27℃,此时建筑的全年总能耗可降低22.96%;将PCM安装在围护结构的外侧比内侧效果更好;PCM安装在屋面的节能效果最好,而安装在北墙的最差;安装的PCM层越厚,建筑能耗也越低,模拟结果表明,当PCM厚度为2 cm时,单位厚度的能耗减少量最大,效率及成本效益最高。     

绿化屋顶基质材料及厚度对屋面径流雨水水质的影响

根据我国华北地区降雨及其水质特点,建立了5套双基质层绿化屋顶小试装置,着重考察了绿化屋顶结构中基质材料及厚度对屋面径流出水水质的影响。结果表明,营养基质材料对绿化屋顶径流水质有关键性的影响,特别是对NO-3、PO3-4和有机物这类易因淋洗而释放的污染物,选取肥力适中、营养物质释放缓慢的无机营养填料可大幅提高绿化屋顶的径流水质;吸附基质层厚度的增加可以在一定程度上提高径流出水水质;通过选用合适的基质材料和适当的基质体积比,可以削减城市屋面雨水径流中污染物含量。     

墙体保温对延迟时间和衰减系数的影响研究

在现实生活住宅环境中,研究墙体保温对墙体的衰减倍数和延迟时间的影响具有重要的意义.通过实验测试,比较有无保温层墙体的内表面温度对室外温度的衰减系数和延迟时间的大小.此外,建筑墙体的衰减系数和延迟时间不仅受本身墙体的材料等影响,还受到室内的热源、室外的天气等影响.     

屋顶绿化层对屋顶热环境影响测试研究

为研究屋顶绿化层对住宅楼屋顶热环境的影响效果,对某小区单元住宅楼有无绿化层屋顶进行连续测试。分析测试结果发现,在屋顶隔热板上设置绿化层后,白天,隔热板下表面平均温度、隔热层中空气平均温度、屋顶上表面平均温度分别降低7℃、3.6℃、2.8℃;隔热板下表面、隔热层空气、屋顶上表面最高温度也明显偏低,其中隔热板下表面最高温度昼间降低高达12.2℃,屋顶上表面最高温度昼间降低高达5.1℃。在屋顶设置绿化层能有效缓解阳光直射屋顶造成的屋顶过热现象,从而改善室内热环境,达到较好的建筑节能效果。     

相变混凝土箱梁温度-应力场耦合分析

为控制混凝土箱梁日照温度梯度所产生的主拉应力,采用稻壳灰封装石蜡作为相变材料制备具有“结构+功能”一体化功效的相变混凝土,通过试验探究了稻壳灰 石蜡相变混凝土的热稳定性及其热工、力学参数,并以实际工程为背景讨论了相变混凝土铺设厚度和位置对单箱多室箱梁的梯度温度效应影响。结果表明:稻壳灰 石蜡相变混凝土具有良好的相变稳定性,多次相变循环后石蜡不会出现大量渗漏现象,但相变混凝土强度会有所下降;将铺装层下一定厚度普通混凝土替换为相变混凝土后,箱梁顶板内温度有明显降低,且梯度温度拉应力有10%的下降;铺装层厚度相等条件下,箱梁顶板最大温度应力随着相变混凝土厚度的增加先减小后增加,边腹板和中腹板内温度应力则随着相变材料厚度的增加呈现单调递减的趋势;随着沥青铺装层厚度的增加,相变混凝土层对温度应力的改善效果逐渐下降;腹板和承托对应的顶板区域是影响箱梁梯度温度应力场的敏感部位,而悬臂板和内箱上部所对应的顶板区域内相变混凝土则基本不影响箱梁最大温度应力;箱梁内室数量虽然不能改变边腹板内温度竖向分布规律,但箱梁最大温度应力会随箱梁内室的增多而增大,在箱梁顶板活载强度能满足要求的前提下应尽量减少中腹板的数量,以减小温度自应力。     

低温热水有源相变墙体的辐射供暖特性

在有源相变墙体二维数学模型基础上,对在不同的相变温度,相变潜热、相变层厚度及设计室温条件下的有源相变墙体辐射供暖特性进行了模拟计算,分析了各因素对低温热水有源相变墙体辐射供暖特性的影响。结果表明:随着相变温度增大,墙体表面平均温度和热流密度值随之增大,但波动幅度减小;相变潜热对墙体表面平均温度影响较小,而对墙体表面热流密度影响较大,且相变潜热越大,二者也随之增大;相变层厚度增加,墙体表面平均温度和表面热流密度逐渐减小;设计室温越高,墙体表面温度越高,而表面热流密度减小。