陶粒湿屋面热湿过程分析研究

论文摘要

屋面作为建筑物与大自然的主要交汇面,是太阳光和热的主要承受面,也是降水的主要承受面。陶粒湿屋面是根据湿屋面的隔热机理,在屋面上铺设一层陶粒,利用陶粒在降水时蓄水,存在太阳辐射和室外空气换热时,材料层中的水分逐渐迁移至材料层的表面蒸发,带走大量的汽化潜热,来有效地遏制太阳辐射或大气高温对屋面的不利作用,改善屋面温湿度的分布状况、延长防水层的使用寿命、减缓城市排泄雨水系统的压力,使建筑更有效地与自然和谐。本文从几种被动蒸发隔热屋面的隔热理论分析入手,对陶粒湿屋面的热湿传递过程进行了详细地理论分析,将湿度对温度的影响简化为陶粒层的当量导温系数α2随陶粒层平均含水率的变化,然后根据屋面的传热过程,分别建立了陶粒湿屋面和普通屋面的传热控制方程和相应的边界条件。并用有限差分法对控制方程和边界条件进行了离散。陶粒湿屋面的热湿传递是一个多种机理综合作用下的相互耦合过程,要全面、准确地对其进行描述非常复杂。因此,建立了两个试验房和两个对比房,在2007年7月23日至8月5日期间进行了实地测试,并对测试结果进行了整理分析。结果表明:①铺设了陶粒的试验房室内空气温度在任何天气下基本都低于普通对比房室内的空气温度,日最高气温的差值最大达2℃;②试验房屋面内表面温度基本均低于相应的对比房屋面内表面温度,最大差值达3.4℃;③试验房屋面外表面综合温度与相应的对比房屋面外表面综合温度的变化基本一致,只是试验房陶粒下表面（即屋面的上表面）温度的幅度明显小于对比房的上表面温度,峰值最大差值达30.2℃,谷值最大差值达6.8℃。最后,根据理论离散结果和室内外空气温度的测试值,应用MATLAB语言编程,模拟出两类屋面外表面综合温度和内表面温度计算值,与实测结果的对比分析,结果附和得很好。验证了陶粒湿屋面的热质迁移微分控制方程及其边界条件的数学模型和其中的各个参数的正确性,为定量研究陶粒湿屋面热湿传递过程提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 我国建筑节能的发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容及方法
• 2 几种被动蒸发隔热屋面的隔热理论分析
• 2.1 自由水表面被动蒸发屋面
• 2.1.1 自由水表面被动蒸发屋面的研究现状
• 2.1.2 蓄水屋面的隔热机理
• 2.2 含湿多孔材料蓄水屋面隔热机理
• 2.2.1 含湿多孔材料蓄水屋面研究现状
• 2.2.2 含湿多孔材料蓄水屋面的隔热机理
• 2.3 陶粒湿屋面的概念及隔热机理
• 2.3.1 湿屋面的概念
• 2.3.2 陶粒湿屋面的隔热机理
• 2.4 小结
• 3 陶粒湿屋面的传热传湿过程分析
• 3.1 陶粒层的传热传质模型
• 3.1.1 陶粒层的传热控制方程
• 3.1.2 边界条件
• 1的确定'>3.1.3 陶粒导温系数α₁的确定
• 3.2 屋面构造层的传热模型
• 3.2.1 屋面构造层的传热控制方程
• 3.2.2 方程参数的确定
• 3.3 普通屋面传热模型
• 3.4 离散过程
• 3.4.1 传热控制方程的离散
• 3.4.2 边界条件的离散
• 3.5 程序编制说明
• 3.6 MATLAB语言简介及程序框图
• 3.7 小结
• 4 陶粒湿屋面的传热过程的实验研究
• 4.1 测试概况
• 4.2 测试内容和方法
• o'>4.2.1 室外空气温度 T_o
• s、陶粒层下表面温度T_w、普通屋顶外表面温度T_e、屋面构造层底面温度T_i'>4.2.2 蒸发表面温度T_s、陶粒层下表面温度T_w、普通屋顶外表面温度T_e、屋面构造层底面温度T_i
• n'>4.2.3 室内空气温度T_n
• 4.2.4 陶粒的平均含水率U
• 4.2.5 陶粒的干密度
• m'>4.2.6 陶粒的饱和吸水率W_m
• 4.3 测试结果与数据分析
• o'>4.3.1 室外空气温度T_o
• n'>4.3.2 室内空气温度T_n
• ez、陶粒屋面蒸发表面综合温度T_sz和陶粒层下表面温度T_w'>4.3.3 普通屋顶外表面综合温度T_ez、陶粒屋面蒸发表面综合温度T_sz和陶粒层下表面温度T_w
• i'>4.3.4 屋面构造层底面温度T_i
• 4.4 小结
• 5 实测结果与模拟结果的对比分析
• 5.1 概述
• 5.2 屋面内外表面温度模拟计算结果与实测结果比较分析
• 5.2.1 屋面外表面温度比较
• 5.2.2 屋面内表面温度比较
• 5.3 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 研究生学习阶段发表的主要论文
• 附录2 室内外空气温度测试值
• 附录3 屋面外表面综合温度和内表面温度测试值
• 附录4 屋面外表面综合温度和内表面温度模拟计算值