刘向伟热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟.pptx

热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟模型与逐时模拟报告人：刘向伟 陈友明研究背景与意义研究背景与意义研究背景：大部分建筑墙体为多孔介质材料，墙体中同时存在热迁移、湿迁移，且相互耦合材料的固有属性热湿气候地区常见高温高湿天气气候属性http:/ MultiphysicsCOMSOL自动对控制方程及边界条件进行离散(避免了手动离散)；COMSOL自带数值求解器，避免了算法以及输入输出界面设计；便于模型修改或二次开发。COMSOL Multiphysics求解方法求解方法(步骤步骤)：建立物理模型(Physical model)(PDE interface、poeq)；画出研究对象的几何形状；输入材料参数(材料参数可以是常数，分析函数或插值函数等)；定义控制方程的系数及边界条件和初始条件；对研究对象进行网格划分；设定求解方式(稳态或非稳态，非稳态则需要设定求解时间及步长)；求解及结果输出。COMSOL Multiphysics界面建筑墙体热湿耦合传递机理模型验证建筑墙体热湿耦合传递机理模型是对实际物理现象和过程的抽象与简化，且热湿耦合模型高度非线性且相互耦合，因而在模型应用之前需对其进行验证验证方法：验证方法：与分析解对比与其它模型模拟结果对比与实验测试数据对比验证结果：验证结果：与分析解对比1.EN15026验证实例7 7天、天、3030天和天和365365天后材料内的相对湿度分布天后材料内的相对湿度分布7 7天、天、3030天和天和365365天后材料内的温度分布天后材料内的温度分布2.HAMSTAD验证实例21000h1000h时墙体内时墙体内5cm5cm到到15cm15cm处的含湿量分布处的含湿量分布100100、300300、1000h1000h时墙体内的含湿量分布时墙体内的含湿量分布与其它模型模拟结果对比与其它模型模拟结果对比1.HAMSTAD验证实例1第一年承重层内的平均含湿量第一年承重层内的平均含湿量第一年保温层内的平均含湿量第一年保温层内的平均含湿量CTH,TUD,Technion,KUL,IBP,TUE和和NRC表示参与表示参与HAMSTAD项目的其它研究机构的模拟结果项目的其它研究机构的模拟结果墙体墙体厚度为厚度为0.1m0.1m处的温度分布处的温度分布墙体墙体厚度为厚度为0.1m0.1m处的含湿量分布处的含湿量分布2.HAMSTAD验证实例36060天后墙体内的相对湿度分布天后墙体内的相对湿度分布6060天后墙体内的天后墙体内的含湿量含湿量分布分布3.HAMSTAD验证实例5与实验测试数据对比墙体结构：20mm水泥砂浆+240mm加气混凝土+20mm石灰水泥砂浆室内外各时刻温度室内外各时刻温度室内外各时刻相对湿度室内外各时刻相对湿度室外侧交界面处相对湿度变化室外侧交界面处相对湿度变化室内侧交界面处相对湿度变化室内侧交界面处相对湿度变化室外侧交界面处温度变化室外侧交界面处温度变化室内侧交界面处温度变化室内侧交界面处温度变化Aver 3.7%Max 7.2%Aver 4.7%Max 8.6%Aver 0.93 Max 1.97Aver 0.4Max0.74建筑建筑墙体内的湿墙体内的湿传递传递对墙体热工性能及能耗的影响：对墙体热工性能及能耗的影响：直接影响室内环境中的相对湿度水平，从而影响潜热负荷；取代多孔材料孔隙内的一部分空气，这将导致建筑墙体的传热系数增加，保温材料的保温隔热性能下降，从而引起建筑能耗增加；影响建筑墙体材料的热容，从而影响建筑墙体的蓄热能力，进而影响建筑系统的峰值负荷，影响采暖、空调系统设备选型。由此可知，忽略湿传递的影响会降低建筑系统能效。湿传递对围护结构的热工性能到底有多大影响？湿传递对围护结构的热工性能到底有多大影响？湿传递对围护结构热工性能的影响研究以湿作为单变量，以通过墙体的导热负荷作为评价指标，对比本研究所建立热、空气、湿耦合模型的模拟结果(考虑湿)与非稳态导热模型的模拟结果(不考虑湿)，从而得出湿传递对墙体热工性能的影响。典型城市选取：夏热冬冷地区子区域划分、相应划分准则以及典型城市夏热冬冷地区子区域划分、相应划分准则以及典型城市气象参数：室外气象参数取典型年气象数据，制冷季室内条件取26，60%；供暖季室内条件取18，50%。制冷季为6月15日至8月31日；供暖季为12月1日至2月28日。墙体的构造：热湿热湿地区居住建筑中常用的砖墙结构示意图地区居住建筑中常用的砖墙结构示意图结论：当忽略湿传递时，夏季和冬季的峰值负荷分别被高估了2.13.9%和4.210.1%；当忽略湿传递时，制冷季、供暖季和全年全热负荷分别被低估了9.934.4%、1.64.0%和4.46.8%。上述结果表明热湿地区建筑围护结构内的湿传递对建筑的热性能和能耗性能有显著的影响。在评价与优化建筑性能时，需考虑湿传递的影响。背景及现状：背景及现状：湿热气候地区由于常年湿度大，墙体普遍存在霉菌污染的风险。霉菌的危害：霉菌的危害：霉菌的生长常常会使墙体表面出现黄色、红色或黑色的污点，影响建筑的美观。引发过敏、哮喘、呼吸道感染等症状，更为严重的可以引起中毒，直接危害人体的健康。墙体内霉菌污染风险控制霉菌生长的必要条件：霉菌生长的必要条件：(1)有霉菌孢子(2)有氧气(3)有霉菌生长所需的养分(4)适宜霉菌生长的温度(5)适宜霉菌生长的湿度霉菌生长控制策略霉菌生长控制策略：根据霉菌生长的必要条件，理论上只要能控制其中任何一项条件就可以有效的抑制霉菌的滋生霉菌的孢子和氧气很难进行有效的控制霉菌生长所需的养分也总是存在的霉菌的生长温度为040，最佳生长温度为2235，而墙体内的温度分布往往与室内热舒适条件有关，一般不能通过控制墙体内的温度分布来抑制霉菌的生长控制墙体内的湿度是预防和控制霉菌滋生最有效的方法霉菌生长风险评估：霉菌生长风险评估：根据霉菌生长的临界温度和临界相对湿度提出了霉菌生长风险评估指标：式中，RHX为霉菌滋生的临界相对湿度，RHX=80%；TX为霉菌滋生的临界温度，TX=0。当材料的相对湿度RH小于霉菌滋生的临界相对湿度RHX时，令RH-RHX=0；当材料的温度T小于霉菌滋生的临界温度TX时，令T-TX=0。霉菌生长风险评估指标的值越大，霉菌滋生风险越高。墙体各层材料交界面处的霉菌生长风险评估指标墙体各层材料交界面处的霉菌生长风险评估指标RHT80长沙地区墙体各层材料交界面处霉菌生长风险最大，其次依次是成都、上海，韶关地区墙体各层材料交界面处霉菌生长风险最小。展望开展多孔介质材料热湿参数实验研究墙体内霉菌污染对室内空气品质及室内人员健康影响定量研究