整體建筑動(dòng)態(tài)熱濕傳遞與空氣流動(dòng)模型的耦合研究

整體建筑動(dòng)態(tài)“熱量-濕量-氣流”的傳遞對(duì)建筑室內(nèi)環(huán)境、空調(diào)能耗、人體舒適性和建筑材料耐久性都有重要影響。本項(xiàng)目從深入研究多孔建筑材料內(nèi)熱濕耦合傳遞機(jī)理入手，改進(jìn)了現(xiàn)有理論模型，完善了邊界條件的測(cè)定方法，求得了常參數(shù)情況下不同邊界條件下的全部解析解；同時(shí)開(kāi)發(fā)了能夠快速計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)動(dòng)態(tài)熱濕傳遞的程序模塊。在此基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目進(jìn)一步研究熱濕耦合傳遞與多區(qū)域空氣流動(dòng)的基本規(guī)律和耦合方法。比較了單向順序耦合（sequential coupling）、雙向順序耦合（ping-pang coupling）、雙向交互耦合（onion coupling）以及同時(shí)聯(lián)立求解熱濕傳遞和空氣流動(dòng)方程（simultaneous calculation）四種耦合方法的優(yōu)劣和適用條件；并基于雙向交互耦合法將熱濕傳遞模塊與多區(qū)域空氣流動(dòng)模塊相整合，研發(fā)了面向整體建筑全能耗的新理論模型和計(jì)算程序。模擬結(jié)論指出在夏熱冬冷濕潤(rùn)地區(qū)，當(dāng)通風(fēng)換氣次數(shù)小于2時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸放濕作用對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的濕緩沖作用明顯，選擇合適的吸放濕材料可以對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境起到有效調(diào)節(jié)作用，還可降低建筑能耗30%以上。本項(xiàng)目搭建“大、中、小”三種尺度的人工氣候室，在常用建材熱濕特性參數(shù)測(cè)定、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕耦合傳遞和多區(qū)域空氣流動(dòng)三個(gè)方面開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，并在真實(shí)建筑中開(kāi)展實(shí)地測(cè)試用以驗(yàn)證新模型的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明新模型在計(jì)算濕熱（濕冷）氣候下建筑能耗的準(zhǔn)確性。本項(xiàng)目研究成果可被用于夏熱冬冷地區(qū)濕潤(rùn)環(huán)境下的建筑能耗計(jì)算和綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)。 2100433B

面向整體建筑的精確能耗模擬是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。建筑的全能耗與整體建筑動(dòng)態(tài)熱量-濕量-空氣流動(dòng) (Heat, Moisture and Airflow)的傳遞緊密相關(guān)。這三個(gè)物理量既有各自的傳遞規(guī)律，又相互影響、高度耦合。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的建筑能耗計(jì)算軟件大多注重于動(dòng)態(tài)熱量傳遞計(jì)算，對(duì)于熱量傳遞與濕氣傳遞和空氣流動(dòng)的耦合計(jì)算尚不完善，仍然缺乏理想的計(jì)算模型。忽略建筑物內(nèi)濕氣傳遞和空氣流動(dòng)對(duì)熱量傳遞的影響將大大降低建筑能耗模擬的準(zhǔn)確性。本項(xiàng)目將深入研究整體建筑傳熱-傳濕-空氣流動(dòng)的基本規(guī)律和耦合方法，并在自主研發(fā)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)動(dòng)態(tài)熱濕計(jì)算程序基礎(chǔ)上，將耦合熱濕傳遞計(jì)算與多區(qū)域空氣流動(dòng)模型相結(jié)合，建立計(jì)算整體建筑全能耗的新理論模型，并將開(kāi)展實(shí)驗(yàn)測(cè)試以驗(yàn)證新模型的準(zhǔn)確性。本課題目標(biāo)應(yīng)用方向?yàn)橄臒岫涞貐^(qū)濕熱(冷)環(huán)境下建筑節(jié)能計(jì)算與分析。

我國(guó)濕熱氣候地區(qū)的建筑墻體存在著很強(qiáng)的熱濕耦合傳遞現(xiàn)象。墻體熱濕耦合傳遞對(duì)建筑熱工性能、建筑熱濕環(huán)境和建筑能耗有著十分重要的影響。本項(xiàng)目在多孔介質(zhì)熱質(zhì)傳遞理論、能量和質(zhì)量守恒定律的基礎(chǔ)上，利用非平衡熱力學(xué)方程，考慮墻體內(nèi)部水分蒸發(fā)冷凝及太陽(yáng)輻射等影響因素，研究墻體內(nèi)熱濕耦合傳遞機(jī)理，建立多層墻體熱濕耦合傳遞動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；解決機(jī)理模型系數(shù)難以確定和不同材料間的邊界條件不能確定的難題；開(kāi)發(fā)有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試技術(shù)，采用two-way expansion和動(dòng)態(tài)邊界條件等先進(jìn)數(shù)值技術(shù)，提高機(jī)理模型準(zhǔn)確性和數(shù)值穩(wěn)定性。進(jìn)而研究墻體熱濕耦合傳遞對(duì)建筑熱濕環(huán)境和建筑能耗的影響、濕熱氣候節(jié)能墻體的設(shè)計(jì)分析方法、墻體內(nèi)部冷凝狀況和墻體霉菌生長(zhǎng)情況，為我國(guó)濕熱氣候地區(qū)的節(jié)能建筑墻體的設(shè)計(jì)，降低墻體內(nèi)部冷凝幾率，防止墻體霉菌生長(zhǎng)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

我國(guó)熱濕氣候地區(qū)多孔建筑墻體熱濕耦合遷移對(duì)其熱工性能、建筑能耗及室內(nèi)環(huán)境有著重要影響。本項(xiàng)目以多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)、以建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱濕遷移及濕積累問(wèn)題為工程背景對(duì)我國(guó)南方熱濕氣候地區(qū)多層墻體的熱濕耦合遷移特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用非平衡熱力學(xué)方程，考慮墻體內(nèi)部水分蒸發(fā)冷凝等因素，建立多層墻體熱濕耦合遷移動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型以及熱、濕及空氣遷移動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。在典型熱濕氣候地區(qū)長(zhǎng)沙，搭建足尺寸構(gòu)件熱濕耦合遷移實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證熱濕耦合遷移動(dòng)態(tài)模型，吻合良好。研究了建筑中的一些熱濕遷移問(wèn)題，例如，分析了太陽(yáng)輻射對(duì)墻體熱濕遷移的影響，研究表明太陽(yáng)輻射對(duì)墻體熱濕遷移有重要作用；通過(guò)分析解得到了墻體內(nèi)冷凝率和液態(tài)含濕量的分布曲線以及達(dá)到臨界含濕量所需的時(shí)間；對(duì)比分析了兩種不同墻體的熱濕遷移特性；分析了熱濕氣候地區(qū)濕遷移對(duì)墻體傳熱兩的影響及幾種墻體材料濕分對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響。模型及實(shí)驗(yàn)研究研究結(jié)果能推動(dòng)我國(guó)多孔介質(zhì)墻體熱濕遷移研究，對(duì)工程中熱濕問(wèn)題有著重要指導(dǎo)作用。 2100433B

竹材具有生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、強(qiáng)度大、彈性好和環(huán)保及可再生等特點(diǎn)，作為現(xiàn)代建筑材料而越來(lái)越受到人們的重視。針對(duì)目前竹材結(jié)構(gòu)建筑研究與應(yīng)用中存在的有關(guān)熱濕傳遞過(guò)程的需急待研究解決的基礎(chǔ)性問(wèn)題，本項(xiàng)目基于非穩(wěn)態(tài)多孔介質(zhì)熱濕傳輸理論，主要研究和分析新型竹材結(jié)構(gòu)建筑的熱濕耦合作用下的傳熱傳濕遷移機(jī)理與模型。研究?jī)?nèi)容主要包括：（1）竹材組合墻板及構(gòu)件的熱遷移模型；（2）竹材組合墻板及構(gòu)件的濕遷移模型；（3）竹材組合墻板及構(gòu)件熱濕耦合遷移理論模型及數(shù)值計(jì)算模型；（4）竹結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)用樓房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕特性及保溫隔熱性能的分析與實(shí)測(cè)。 .通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)及實(shí)測(cè)研究，建立新型竹材結(jié)構(gòu)建筑的熱濕耦合作用下的傳熱傳濕遷移理論模型及其數(shù)值計(jì)算與分析方法，為發(fā)展我國(guó)的建筑技術(shù)學(xué)科、進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用竹材為新型建筑材料將具有十分重要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)。 2100433B