整體建筑動態(tài)熱濕傳遞與空氣流動模型的耦合研究

整體建筑動態(tài)“熱量-濕量-氣流”的傳遞對建筑室內(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；同時開發(fā)了能夠快速計算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)動態(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）以及同時聯(lián)立求解熱濕傳遞和空氣流動方程（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算程序。模擬結(jié)論指出在夏熱冬冷濕潤地區(qū)，當(dāng)通風(fēng)換氣次數(shù)小于2時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸放濕作用對于室內(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)測定、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕耦合傳遞和多區(qū)域空氣流動三個方面開展了一系列實(shí)驗(yàn)室測試，并在真實(shí)建筑中開展實(shí)地測試用以驗(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)濕潤環(huán)境下的建筑能耗計算和綠色節(jié)能建筑設(shè)計。 2100433B

面向整體建筑的精確能耗模擬是建筑節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)。建筑的全能耗與整體建筑動態(tài)熱量-濕量-空氣流動 (Heat, Moisture and Airflow)的傳遞緊密相關(guān)。這三個物理量既有各自的傳遞規(guī)律，又相互影響、高度耦合。國內(nèi)外現(xiàn)有的建筑能耗計算軟件大多注重于動態(tài)熱量傳遞計算，對于熱量傳遞與濕氣傳遞和空氣流動的耦合計算尚不完善，仍然缺乏理想的計算模型。忽略建筑物內(nèi)濕氣傳遞和空氣流動對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)動態(tài)熱濕計算程序基礎(chǔ)上，將耦合熱濕傳遞計算與多區(qū)域空氣流動模型相結(jié)合，建立計算整體建筑全能耗的新理論模型，并將開展實(shí)驗(yàn)測試以驗(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)能計算與分析。

我國濕熱氣候地區(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；開發(fā)有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測試技術(shù)，采用two-way expansion和動態(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)計分析方法、墻體內(nèi)部冷凝狀況和墻體霉菌生長情況，為我國濕熱氣候地區(qū)的節(jié)能建筑墻體的設(shè)計，降低墻體內(nèi)部冷凝幾率，防止墻體霉菌生長提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

我國熱濕氣候地區(qū)多孔建筑墻體熱濕耦合遷移對其熱工性能、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題為工程背景對我國南方熱濕氣候地區(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態(tài)數(shù)學(xué)模型以及熱、濕及空氣遷移動態(tài)數(shù)學(xué)模型。在典型熱濕氣候地區(qū)長沙，搭建足尺寸構(gòu)件熱濕耦合遷移實(shí)驗(yàn)臺驗(yàn)證熱濕耦合遷移動態(tài)模型，吻合良好。研究了建筑中的一些熱濕遷移問題，例如，分析了太陽輻射對墻體熱濕遷移的影響，研究表明太陽輻射對墻體熱濕遷移有重要作用；通過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間；對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)濕遷移對墻體傳熱兩的影響及幾種墻體材料濕分對導(dǎo)熱系數(shù)的影響。模型及實(shí)驗(yàn)研究研究結(jié)果能推動我國多孔介質(zhì)墻體熱濕遷移研究，對工程中熱濕問題有著重要指導(dǎo)作用。 2100433B

竹材具有生長快、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)代建筑材料而越來越受到人們的重視。針對目前竹材結(jié)構(gòu)建筑研究與應(yīng)用中存在的有關(guān)熱濕傳遞過程的需急待研究解決的基礎(chǔ)性問題，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。研究內(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。 .通過理論分析與實(shí)驗(yàn)及實(shí)測研究，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)值計算與分析方法，為發(fā)展我國的建筑技術(shù)學(xué)科、進(jìn)一步開發(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)、社會和環(huán)境效應(yīng)。 2100433B