特朗贝墙体冬季集热性能的计算及预测

特朗贝墙体的集热性能对特朗贝墙式被动式太阳能建筑的热性能具有重要影响。本文借助计算程序采用一维热网络模型对特朗贝墙体的集热性能进行了分析计算,计算中考虑了被绝大多数同类研究忽略的空气间层内玻璃盖板侧的自然对流换热,以及玻璃盖板与吸热面的辐射换热。在被动式太阳能建筑中用实测值对被动式太阳房的热性能进行了验证;并基于此计算方法,对特朗贝墙式被动式太阳能建筑的热性能进行了讨论。     

特朗贝墙体冬季热性能的CFD模拟研究

本文建立了带有特朗贝墙体的被动式太阳能房的传热模型,对带有特朗贝墙体房间分别进行了稳态、瞬态模拟。稳态模拟可知:温度和密度的等值线分布均匀对称,热空气向上在出风口附近密度分布呈涡旋状;出风口中心点温度为316.04 K,墙面上最高温度为325.38 K,两者相差9.34 K。瞬态模拟可知:系统运行5 h时,墙体外表面温度由7.2℃迅速增加至46℃,墙体内表面温度由4.1℃增加至11.3℃。系统运行10 h时,墙体外表面由46℃迅速降至20.3℃后缓慢下降;墙体内表面温度由11.3℃缓慢降至7.1℃后基本趋于稳定。结果表明,地理位置和墙体热惰性对特朗贝墙体的蓄热传热过程影响较大。该传热模型为进一步优化设计带有特朗贝墙体的被动式太阳能房提供理论依据。     

空气层厚度及送风量对相变特朗勃墙性能的影响

关注华东地区的冬季寒冷气候条件下，相变特朗勃墙体的传热蓄热特性。以济南地区为例，建立相变特朗勃墙体流动及传热数学模型，并利用有限元方法进行求解。通过分析空气层厚度以及空气层入口处送风量的变化探究其对特朗勃相变墙体传热及蓄热性能的影响。数值结果表明，与传统特朗勃墙体相比，改变墙体内部的空气层厚度可使送风速度及温度的均匀度发生变化，空气通道的厚度为100 mm时室内送风温度最高。送风量的变化影响空气的分布均匀性及空气与周围墙体的对流换热，送风量为35 m³/(m²h)时温度分布均匀且室内获得热量最大。     

新型轻钢复合墙体承重抗火试验及其墙柱热翼缘温升简化计算研究

提出以蒸压加气混凝土(ALC)板与玻特(CS)板作为覆板组合、以钢蒙皮和钢带作为墙板拼缝保护措施的新型轻钢复合墙体构造,开展了ALC板-CS板覆面的新型构造轻钢复合墙体足尺模型承重抗火试验。将轻钢复合墙体受火侧由不同覆板组合而成的防火构造简化为一层均质防护层,提出均质防护层的等效热物理参数(包括厚度、比热容、密度和导热系数)简化计算方法。根据能量守恒原理以及有限差分方法,提出ALC板-CS板覆面轻钢复合墙体的墙柱热翼缘受火温升简化增量表达式。结果表明:ALC板-CS板覆面轻钢复合墙体在0.27荷载比率条件下发生高温承载力失效的耐火极限达到197 min,表现出优异的耐火性能; 提出的温升简化增量表达式预测结果与有限元模拟结果吻合良好,可以用于确定轻钢复合墙体的耐火极限。     

基于3D打印的被动式墙体热工构造的研究

基于建筑3D打印研究被动式墙体热工构造,利用"特朗勃"墙的原理,借助建筑3D打印墙体形成的空腔可以衍生、发展成具有保温通风换气性能的墙体空气夹层。论文结合被动式太阳能集热原理,拟通过热压作用形成室内空气流动,寻找为室内供热的新思路,以减少热损失。并运用ANSYS软件对比分析不同构造墙体的热工性能,寻找最佳、合理的解决方案,实现墙体保温与构造一体化设计。     

太阳辐射对南方多层墙体热湿性能影响的研究

本文以空气含湿量和温度为驱动势建立模型对南方地区典型多层墙体进行了动态模拟。在主模型中,将太阳辐射总热量分解,得到了建筑不同朝向外墙的太阳辐射得热量,进而分析了在太阳辐射影响下墙体的热湿性能;在子模型中,不考虑太阳辐射得热对墙体热湿性能的影响。将模拟结果同实验测试数据进行对比后可知,太阳辐射得热对多层墙体外层的温度影响较明显,而墙体温度的升高会造成墙体内空气含湿量的增大。     

自力式套管封装相变墙体排热系统及相变简化模型研究

建筑能耗日益增加,新型建筑节能技术越来越受到人们的重视。在建筑空调领域,提高建筑围护结构的热特性能够明显减少室内负荷,降低建筑能耗。本文提出了一种新型自力式套管封装相变排热节能墙体系统。该墙体系统充分利用夜间天空辐射冷却实现墙体内热量的自动转移。针对该墙体内嵌入的套管相变材料建立了4R2C热容热阻简化相变传热模型,并利用遗传算法对模型参数进行辨识。进一步搭建了套管相变材料的实验平台,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,4R2C简化相变模型能够准确的模拟套管相变材料的传热特性,内套管表面温度与热流平均误差分别为0.45℃和14.4%。简化相变模型能够很好与墙体热模型耦合,实现自力式套管封装相变墙体系统热特性与节能特性的集成模拟。     

开缝钢板剪力墙简化模型研究

基于日本学者Hitaka提出的开竖缝钢板剪力墙的初始弹性刚度公式,采用两种支撑体系简化计算开缝墙体。通过有限元建模分析,研究开缝参数不同时,简化模型模拟开缝钢板墙性能的差异,主要分析了简化模型与开缝墙体之间的弹性刚度误差、弹性刚度误差与开缝设计参数之间的关系,并对简化模型的计算公式进行修正,得到性能更加接近于开缝墙体的修正简化模型。     

特朗伯墙体冬季集热性能的CFD模拟分析

近年来,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)来评价、改善特朗伯墙体集热性能的研究大大降低了实验成本。所以,数值模拟成为特朗伯墙体进一步节能设计工作的关键。本文从集热墙冬季采暖特性入手,简化了3D模型;分析了墙体传热过程,合理地设置边界条件;模拟了冬季采暖期内稳态时特朗伯墙体的温度场、速度场分布特征。由尺寸参数影响分析得出,对于2.8 m(髙)×3 m(宽)的特朗伯墙体,通风孔直径的最佳尺寸为0.18 m;空气间层厚度取0.16~0.18 m较为合适。     

多层墙体热湿耦合传递模型及验证

从非平衡热力学角度论证了多层墙体热湿耦合过程采用水蒸气分压力和温度作为驱动势的合理性。由于水蒸气分压力是含湿量和温度的函数,利用全微分思想,建立了多层墙体热湿耦合传递模型,该方法可避免Budaiwi方法在热湿耦合模型建立过程中采用的空气含湿量与相对湿度间的近似表达式,而且简化了方程系数,便于方程的求解。通过对多层墙体求解结果的对比,验证了该模型的有效性。     

冷弯薄壁型钢复合墙体受剪性能数值模拟及简化力学模型研究

冷弯薄壁型钢复合墙体是多层冷弯薄壁型钢房屋建筑结构的主要承重及抗侧力部件。为实现该类复合墙体受剪性能高效模拟与分析,建立了其OpenSees数值计算模型,能够较为准确地模拟同侧双层及其以上墙板覆面的轻钢复合墙体在低周往复荷载作用下的滞回性能,得到的滞回曲线具有明显的捏缩滑移特征,其水平极限荷载模拟结果与试验值的比值在0.90～1.14之间,抗剪刚度预测值整体偏于安全。在此基础上,对复合墙体的墙板上螺钉分布影响进行了分析,结果表明墙板板边螺钉的间距对复合墙体受剪性能影响较大,改变墙板板内螺钉间距对复合墙体受剪性能无明显影响。根据数值分析所获得的复合墙体的墙板处螺钉受力特征,提出改进的墙板螺钉简化力流模型。考虑了墙体边柱螺钉参与水平剪力分配,但不考虑墙板中部的螺钉贡献。简化的力流模型能够较真实地反映螺钉群受力情况,采用该模型预测的复合墙体水平极限荷载与试验结果的比值在0.91～1.18之间。     

密肋复合墙体等效斜压杆模型

结合课题组前期的研究成果,对一种新型结构的主要受力构件——密肋复合墙体的弹性简化计算模型进行研究。在密肋复合墙体框格单元试验的基础上,探讨框架梁柱刚度、填充材料力学性能等主要因素对密肋复合墙体框格单元受力性能及破坏形式的影响;将墙体中的填充块对整体墙体的作用等效为铰接于钢筋混凝土框架的对角斜压杆,并分析、构造出等效斜压杆宽度的计算公式;在此基础上,建立适用于密肋复合墙体的刚架-斜压杆简化计算模型并推导出刚架-斜压杆弹性抗侧刚度公式。理论分析表明:刚架-斜压杆能够较好地反映密肋复合墙体的真实受力性能,是一种合理的简化计算模型。     

热质墙体在我国的热适应性研究

室外大气综合温度通过热质墙体传入室内,波动大大衰减,波峰延迟,在节能降耗中具有重要意义。本文首先建立了热质墙体的一维非稳态传热模型,对应用在一栋零能耗建筑中的热质墙体传热性能进行了模拟,模拟结果与实际检测的墙体温度和热流率吻和良好。而后进一步利用该模型分析了热质墙体在我国5类典型气候区域代表城市的适应性,结果表明在昼夜温差大、室内外平均温差大的地区较适宜采用厚重围护结构,而在冬暖夏凉地区现象相对不明显。     

冷弯薄壁型钢墙体恢复力模型及房屋地震反应简化分析方法研究

基于10片1∶1冷弯薄壁型钢墙体抗剪滞回性能试验结果,采用SAP2000中多线段塑性Pivot连接单元的滞回规则,进行墙体的恢复力模型及冷弯薄壁型钢房屋的动力非线性简化分析方法研究。研究表明:墙体的骨架曲线可采用退化四线型模型模拟;双柱墙体Pivot模型参数可取α=10、β=0.1,单柱墙体可取α=10、β=0.15;非线性简化分析与试验分析得到的滞回曲线的外包络线基本一致,耗能能力相当,简化方法能较好地模拟墙体的强度、刚度退化和捏缩效应;三层房屋结构简化计算模型的第1、第2阶振型与试验观测一致,频率分别相差11%和2%;模型结构与试验的地震反应分析结果吻合较好,表明简化计算方法可用于冷弯薄壁型钢房屋的弹性和弹塑性地震反应分析。     

多层冷弯薄壁型钢结构住宅水平荷载分配关系研究

为了确定水平荷载在多层冷弯薄壁型钢结构住宅中的分配关系,基于冷弯薄壁型钢组合墙体和组合楼盖的试验研究成果,将组合墙体计算模型中上导轨简化为桁架单元,墙架柱简化为梁单元,覆面板等效为非线性对角弹簧,将组合楼盖计算模型中楼盖梁简化为桁架单元,面内剪切刚度由非线性对角弹簧的刚度确定,以达到合理简化组合墙体和组合楼盖计算模型的目的。采用ABAQUS有限元软件建立4层双跨冷弯薄壁型钢结构住宅模型,模拟分析水平荷载通过冷弯薄壁型钢组合楼盖传递至冷弯薄壁型钢组合墙体的分配关系,并通过6层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验,验证楼盖刚性和水平荷载分配关系的判定方法。研究表明：组合墙体和组合楼盖简化计算模型能较好地模拟冷弯薄壁型钢墙体和楼盖全过程的受力性能,与试验结果的误差小于20%,模型可用于简化分析组合墙体的受剪性能以及组合楼盖的面内受力性能;多层冷弯薄壁型钢结构住宅中采用的压型钢板上覆不同材料的组合楼盖型式均为刚性楼盖,水平荷载按剪力墙等效刚度的比例分配。     

热桥柱位置对建筑物墙体热工性能检测结果的影响

通过控温箱-热流计法对南京地区常用墙体热工性能进行测试,研究热桥柱位置对建筑墙体不同测点处热工性能检测结果的影响规律。结果表明:控温箱-热流计法检测时,墙体传热系数测试值随热流计离热桥部位的距离增大而减小,且数据偏差达16.8%;采用的指数函数能够较准确地拟合热桥柱位置对本试验墙体热工性能测试结果的影响,相关系数为0.988 7。控温箱-热流计法适用于现场墙体热工性能检测,但必须考虑控温箱箱体与热桥柱距离,与热桥柱距离超过800 mm后的测试结果才能够反映墙体热工性能真实情况。     

墙体材料蓄放热性能动态测试方法

根据墙体材料在实际环境中的动态热传递,设计了一种墙体材料蓄放热性能动态测试方法:将墙体材料置于热室和冷室之间,对热室环境加热和降温,记录墙体材料表面及室内环境的温度变化,分析墙体材料的热工性能。根据延迟时间、衰减系数、升温和降温曲线等评价了墙体材料的保温隔热性能,对反射隔热涂料复合墙体材料进行了测试。结果表明:该方法能实现在试验室中测试墙体材料的保温隔热性能,并能反映出墙体材料的动态传热过程,具有简单易操作,试验结果可靠的特点。     

保温夹心墙体抗震变形性能研究

在9片不同拉接筋间距的空心砖保温夹心墙体及3片空心砖实心墙体的低周期反复荷载下的拟静力试验的基础之上,对不同构造形式、不同形状尺寸的夹心墙体的变形性能进行了详细分析,研究了夹心墙体的耗能性能,分析墙体刚度退化的原因并提出了墙体刚度退化曲线的简化方程,并在试件滞回曲线和骨架曲线的基础上给出了试件的标准滞回环和恢复力曲线模型。     

密肋复合墙体弹性刚度试验及计算分析

通过对9块1/2比例密肋复合墙体模型的抗震性能试验,探讨了影响墙体弹性刚度的主要因素;结合密肋复合墙体的特殊构造,建立了墙体的复合材料二相体力学模型;按照混凝土与砌块体积比不变原则对肋梁、肋柱同时加强,得出墙体的弹性计算常数及剪切常数;在此基础上,进一步将墙体简化为各向同性的计算模型,给出了墙体弹性模量及剪切模量实用计算公式,为密肋复合墙体的实用弹性刚度计算公式提供了必要的参数,并且计算结果与试验值吻合较好,说明该模型具有一定的理论依据和实用价值,满足实际工程计算需要。     

空心砌块通风墙体技术及传热模型研究进展

提出采用空心砌块搭建成通风墙体,利用空调系统排风、地道风或夏季夜间凉风等对空心砌块墙体的空腔进行通风,实现墙体内部冷、热量的转移。论文回顾了国内外通风墙体的传热模型并进行了简要分析。目前通风墙体的研究包含一维、二维和三维的稳态或动态的传热模型,以稳态模型居多,而实质上瞬时传热特点对于墙体冷热负荷及室内热舒适非常重要。利用数值方法的动态传热模型可以对通风墙体进行瞬时传热特性的研究,但是此方法耗时长,且不易于嵌入传统的能耗模拟软件中进行能耗特性分析。简化的动态热网模型可以嵌入到既有的建筑能耗模拟软件中,在建筑能耗分析中是一种较好的研究方法,然而如何准确系统地确定模型的阶数及热阻、热容等参数还缺少研究。