自然通風隔熱結構的熱工性能分析

何　悠（西南交通大學希望學院,成都　610500　　）

?

自然通風隔熱結構的熱工性能分析

何悠
（西南交通大學希望學院,成都610500）

摘 要：本文提出了一種適用于夏熱冬暖地區的自然通風隔熱外墻結構的設想。本文主要采用的計算方法是非穩態導熱計算中的有限差分法，通過對不同隔熱結構的熱工性能 進行比較，發現自然通風隔熱結構隔熱性能比普通的隔熱外墻的隔熱性能高。

關鍵 詞：隔熱結構；非 穩態導熱分析；建筑節能

1　引言

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

2　自然通風隔熱結構的介紹

（1）模型的確立及依據：對于夏熱冬冷地區，隔熱外墻通風顯然是非常重要的。故該模型主要的特點是增加其通風性能。根據質量守恒定律可知，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。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。但是空氣間層達到一定值時，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造：保溫隔熱材料為熱膨脹系數與聚氯乙烯。

（4）隔熱結構的形狀為直角梯臺,高600mm，上部厚40mm,下部厚80mm。隔熱結構的最外層是厚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　自然通風隔熱結構模型的熱工性能分析

本文采用有限差分法[2-3]：第一，空氣為理想連續氣體，且粘性系數恒為，普朗特數為7.07，導熱系數為；第二，空氣和保溫板的傳熱系數不隨溫度的變化而變化，且保溫板的導熱系數為。

3.1模型的非穩態導熱分析

通風隔熱結構外表面x=0處的邊界條件為：

其中，h為換熱系數。自然通風隔熱結構每平方米的吸收到太陽的熱量為Q（t）。

根據（1）式，當時間為t時，在X=0處，室外邊界條件的差分形式為：

當時間為t時，在X=n處，室內的邊界條件的差分形式為：

孔洞內空氣的自然流動速度與溫度是耦合關系:結構外壁向孔洞內空氣傳入熱量,使孔洞內空氣溫度升高，空氣以某一速度上升,假設該速度為0.05m/s。孔洞外壁溫度為T,質量流量，隔熱結構孔洞外壁面積為S，經過單位時間空氣溫度升高到T1。

孔洞內空氣與結構的換熱系數可根據等壁溫平板的特征數方程,近似求解得h=3.2 w / m2K 。

3.2自然通風隔熱結構孔洞空氣動力分析

在孔洞體系中取一個控制體有：

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，外墻的溫度已經接近于室溫。孔洞只需非常低的風速就能帶走大量的熱，故隔熱結構自然通風是解決夏熱冬暖地區太陽輻射量大問題的很好方法。

5　結論與展望

自然通風隔熱結構的隔熱性能優于實心和中空不對流隔熱結構，且能有效的解決夏熱冬暖地區西面山墻的隔熱問題。本文主要是理論分析。

參考文獻：

[1]唐平安，凌云，曹榮光.夏熱冬暖地區住宅建筑節能措施[J].建筑節能,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