自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)的熱工性能分析

何　悠（西南交通大學(xué)希望學(xué)院,成都　610500　　）

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自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)的熱工性能分析

何悠
（西南交通大學(xué)希望學(xué)院,成都610500）

摘 要：本文提出了一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的自然通風(fēng)隔熱外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)想。本文主要采用的計(jì)算方法是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算中的有限差分法，通過對不同隔熱結(jié)構(gòu)的熱工性能 進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)隔熱性能比普通的隔熱外墻的隔熱性能高。

關(guān)鍵 詞：隔熱結(jié)構(gòu)；非 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析；建筑節(jié)能

1　引言

夏熱冬暖地區(qū)[1]主要集中在南方沿海地區(qū),年日平均溫度大于25℃以上的有100到200天。該地區(qū)氣候炎熱，建筑能耗主要在夏季的各種制冷設(shè)備上。夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能，已經(jīng)勢在必行。

2　自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)的介紹

（1）模型的確立及依據(jù)：對于夏熱冬冷地區(qū)，隔熱外墻通風(fēng)顯然是非常重要的。故該模型主要的特點(diǎn)是增加其通風(fēng)性能。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，流速隨截面積縮小而增大。故提出的模型為下大上小的四棱臺(tái)。故該模型可以提高氣體流出的速度。

（2）空氣間層越寬，空氣流量自然越大。但是空氣間層達(dá)到一定值時(shí)，空氣流量不再增加。故本文采用80mm厚的空氣間層并采用600mm高的隔熱板。

（3）模型的具體材料及構(gòu)造：保溫隔熱材料為熱膨脹系數(shù)與聚氯乙烯。

（4）隔熱結(jié)構(gòu)的形狀為直角梯臺(tái),高600mm，上部厚40mm,下部厚80mm。隔熱結(jié)構(gòu)的最外層是厚5mm的保溫材料，中間是用聚氯乙烯制成的空心方格，最里面是厚5mm的保溫材料。

3　自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)模型的熱工性能分析

本文采用有限差分法[2-3]：第一，空氣為理想連續(xù)氣體，且粘性系數(shù)恒為，普朗特?cái)?shù)為7.07，導(dǎo)熱系數(shù)為；第二，空氣和保溫板的傳熱系數(shù)不隨溫度的變化而變化，且保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)為。

3.1模型的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析

通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)外表面x=0處的邊界條件為：

其中，h為換熱系數(shù)。自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)每平方米的吸收到太陽的熱量為Q（t）。

根據(jù)（1）式，當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，在X=0處，室外邊界條件的差分形式為：

當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，在X=n處，室內(nèi)的邊界條件的差分形式為：

孔洞內(nèi)空氣的自然流動(dòng)速度與溫度是耦合關(guān)系:結(jié)構(gòu)外壁向孔洞內(nèi)空氣傳入熱量,使孔洞內(nèi)空氣溫度升高，空氣以某一速度上升,假設(shè)該速度為0.05m/s。孔洞外壁溫度為T,質(zhì)量流量，隔熱結(jié)構(gòu)孔洞外壁面積為S，經(jīng)過單位時(shí)間空氣溫度升高到T1。

孔洞內(nèi)空氣與結(jié)構(gòu)的換熱系數(shù)可根據(jù)等壁溫平板的特征數(shù)方程,近似求解得h=3.2 w / m2K 。

3.2自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)孔洞空氣動(dòng)力分析

在孔洞體系中取一個(gè)控制體有：

由6、7、8式整理得

將（9）式積分整理得最后得到孔洞中空氣的流速為

4　結(jié)果分析

熱輻射量最高為412.3W/m2，孔洞流速僅為0.9m/s，外墻的溫度已經(jīng)接近于室溫。孔洞只需非常低的風(fēng)速就能帶走大量的熱，故隔熱結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)是解決夏熱冬暖地區(qū)太陽輻射量大問題的很好方法。

5　結(jié)論與展望

自然通風(fēng)隔熱結(jié)構(gòu)的隔熱性能優(yōu)于實(shí)心和中空不對流隔熱結(jié)構(gòu)，且能有效的解決夏熱冬暖地區(qū)西面山墻的隔熱問題。本文主要是理論分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐平安，凌云，曹榮光.夏熱冬暖地區(qū)住宅建筑節(jié)能措施[J].建筑節(jié)能,2007(04):18-21.

[2]Francesca Stazi,Ambra Vegliò,Costanzo Di Perna,Placido Munafò.Experimental comparison between 3 different traditional wall constructions and dynamic simulations to identify optimal thermal insulation strategies Energy and Buildings 60 (2013) 429-441

[3]Omidreza Saadatian,K.Sopian,C.H.Lim,Nilofar Asim,M.Y.Sulaiman.Trombe walls:A review of opportunities and challenges in research and development[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,Volume 16,Issue 8,(October 2012),6340-6351

作者簡介：何悠（1988-），女，廣西柳州人，碩士，助教，主要從事：土木工程教育工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.018