湿热地区降雨对墙体传热的影响研究

论文摘要

湿热地区具有“太阳辐射强烈、雨量丰富、季风旺盛、蒸发比高”的气候特征,夏热季节如何利用丰沛的降雨消除强烈的太阳辐射对建筑的影响,对降低这一地区的建筑空调能耗并改善室内热环境意义重大。由于缺乏相应的基础研究,目前的建筑能耗和热环境分析过程均无法定量考虑降雨的影响。本文以广州地区为例,研究湿热地区降雨对建筑墙体传热的影响,并研究应用被动蒸发冷却技术实现墙体降温节能的可行性和潜力。首先,从建筑墙体传热角度出发,分析广州地区降雨特点,确定典型降雨日。对广州地区近百年降雨资料进行频率分析,系统地研究了广州地区的年、月、日降雨特征,对广州地区的降雨规律进行总结；按月降雨量分类研究广州地区降雨日的小时降雨特点,从三年实际气象参数选取了具有代表性的51日作为广州地区典型降雨日。其次,对自然降雨或淋水作用下的墙体的热湿传递过程进行实验研究,搭建墙体传热传湿实验小室,对无雨日和降雨日墙体的热湿传递过程进行实测研究。在墙体湿度场测试中引入微波测湿系统,提出了单一建筑材料和墙体砌体的标定方法,实现了固体材料的质量含湿量的测试。实测实验对降雨条件下墙体传热量进行了定量研究,并就墙体温、湿度场和热流分布与室外气象参数间的关系进行了探讨。以研究利用建筑外表面材料含湿蓄水实现被动蒸发冷却为目的,进行了墙面淋水降温对比实验。对不同淋水时长,不同淋水起始时间下淋水墙体与对比墙体的温、湿度和热流进行比较发现：墙面淋水可以有效的降低墙体内、外表面温度,削减进入室内的热流,墙体内表面热流最高可降低49.9%,从而达到降温节能的效果。应用热湿传递计算软件Delphin对灰砂砖墙体进行数值模拟,研究典型降雨对墙体传热的影响。首先以实测数据对软件进行验证,温、湿度吻合率可达91%,热流吻合率为68%；进而对广州地区典型降雨日进行数值模拟,分析考虑降雨与否墙体传热量的差异,通过模拟结果发现内表面热流最高可降低25.6%；最后对多雨月室内空调模式下降雨对墙体传热影响进行模拟,并将天然降雨与淋水相结合,研究采用墙面淋水实现降温节能可能达到的效果。模拟结果表明,墙面淋水可大幅度降低进入室内的热量,墙体内表面热流降低幅度可达69%,利用被动蒸发冷却进行降温节能的效果显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 湿热地区的气候资源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 降雨模型及降雨规律研究
• 1.2.2 考虑降雨的建筑围护结构热过程
• 1.2.3 建筑围护结构热湿耦合传递研究
• 1.2.4 被动蒸发冷却技术研究
• 1.3 本课题的主要工作
• 1.3.1 课题目标及思路
• 1.3.2 主要工作
• 第二章 广州降雨规律研究
• 2.1 概述
• 2.2 降水的基本概念
• 2.2.1 降水性质
• 2.2.2 降雨特征量
• 2.2.3 降雨量等级
• 2.3 降雨的统计关系
• 2.3.1 随机降雨
• 2.3.2 降雨的时间变化
• 2.3.3 降雨资料整理方法
• 2.4 降雨特征统计分析
• 2.4.1 年降雨量分析
• 2.4.2 月降雨量分析
• 2.4.3 日降雨量分析
• 2.4.4 降雨日数分析
• 2.4.5 小时降雨特征分析
• 2.5 次降雨统计特征分析
• 2.5.1 连续型降雨
• 2.5.2 间歇型降雨
• 2.6 广州典型降雨日
• 2.7 本章小结
• 第三章 墙体传热传湿实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验小室建设与热工性能
• 3.2.1 实验小室及实验仪器设备
• 3.2.2 实验小室热工性能分析
• 3.2.3 温度热流实验数据处理
• 3.3 手持式微波湿度测试系统介绍及标定
• 3.3.1 手持式微波湿度测试系统工作原理
• 3.3.2 手持式微波湿度测试系统组成及使用
• 3.3.3 手持式微波湿度测试系统标定方法
• 3.4 无雨日实测实验
• 3.4.1 室外气象参数特点
• 3.4.2 温度场分析
• 3.4.3 热流分布分析
• 3.4.4 湿度场分析
• 3.5 降雨日实测实验
• 3.5.1 室外气象参数特点
• 3.5.2 传热过程分析
• 3.5.3 湿度场分布
• 3.6 本章小结
• 第四章 墙面淋水降温对比实验研究
• 4.1 概述
• 4.2 墙面淋水一小时实验
• 4.2.1 墙体表面温度分析
• 4.2.2 墙体表面热流分析
• 4.2.3 墙体外表面湿分布
• 4.3 墙面淋水二小时实验
• 4.3.1 墙体外表面温度分析
• 4.3.2 墙体表面热流分析
• 4.3.3 墙体外表面湿分布
• 4.4 间隔淋水实验
• 4.5 墙面淋水降温效果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 墙体热湿传递数值模拟
• 5.1 概述
• 5.2 模拟软件Delphin介绍
• 5.2.1 数学模型
• 5.2.2 定解条件类型
• 5.3 Delphin软件验证
• 5.3.1 模型及参数设置
• 5.3.2 无雨日
• 5.3.3 降雨日
• 5.4 典型降雨日模拟分析
• 5.4.1 模型及参数设置
• 5.4.2 模拟结果分析
• 5.5 多雨月室内空调模拟分析
• 5.5.1 考虑降雨与否墙体传热的差异
• 5.5.2 降雨气象条件下的墙体传热传湿过程
• 5.6 应用被动蒸发冷却技术模拟分析
• 5.6.1 模拟结果
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 本文主要结论
• 本文创新点
• 未来研究展望
• 参考文献
• 附录1 次降雨统计特征
• 附录2 少雨月Ⅰ典型降雨日
• 附录3 多雨月Ⅰ典型降雨日
• 附录4 多雨月Ⅱ典型降雨日
• 附录5 少雨月Ⅱ典型降雨日
• 附录6 典型降雨日模拟结果
• 附录7 多雨月气象参数
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件