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

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1、热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递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：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://cq.weather.com.cn/zt/tqzt/2126919.shtml材料固有属性气候属性多孔介质建筑墙体内湿迁移与积累现象普遍存在且显著建筑墙体内湿迁移与积累会引发诸多问题：1)降低建筑围护结构的热阻，增加建筑能耗；2)引起霉菌滋生，影响居住者的健康；3)引起围护结构湿损坏，降低建筑安全性及使用寿命。霉菌滋生墙体湿损坏探索建筑

2、墙体内热湿耦合传递机理具有重要的意义(1)为提高围护结构热工性能、减少建筑能耗提供理论依据；(2)减少因湿迁移与积累引起的墙体内部霉菌滋生风险，改善室内空气品质，保证健康舒适的人居环境；(3)降低或避免围护结构湿损坏，延长建筑的使用寿命，降低建筑生命周期成本。研究意义：主要研究内容基础部分建筑墙体热湿耦合传递机理模型研究建筑墙体热湿耦合传递模型求解方法研究建筑墙体热湿耦合传递机理模型验证应用部分湿传递对围护结构热工性能的影响研究墙体内霉菌污染风险控制研究建筑墙体热湿耦合传递机理模型控制方程湿控制方程：热控制方程：空气流动方程：边界条件室外侧：室内侧：空气由

3、室外侧流向室内ja>0，否则ja<0建筑墙体热湿耦合传递模型求解方法建筑墙体内热、空气、湿传递过程相互耦合，为了获得墙体内的温度和湿度分布，控制方程组需同时求解。如何求解建筑墙体热湿耦合传递机理模型？传统求解方法(步骤)：将控制方程和相应的边界条件在求解域内用数值方法在时间和空间上进行离散，从而将偏微分方程组转化为代数方程组；用迭代方法，如高斯-赛德迭代法等，对代数方程组进行求解。COMSOLMultiphysicsCOMSOL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

4、开发。COMSOLMultiphysics求解方法(步骤)：建立物理模型(Physicalmodel)(PDEinterface、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。COMSOLMultiphysics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

5、进行验证验证方法：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：与分析解对比1.EN15026验证实例7天、30天和365天后材料内的相对湿度分布7天、30天和365天后材料内的温度分布2.HAMSTAD验证实例21000h时墙体内5cm到15cm处的含湿量分布100、300、1000h时墙体内的含湿量分布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保温层内的平均含湿量CTH,TUD,Technion,KUL,IBP,TUE和NRC表示参与HAMSTAD项目的其它研究机构的模拟结果墙体厚度为0.1m处的

6、温度分布墙体厚度为0.1m处的含湿量分布2.HAMSTAD验证实例360天后墙体内的相对湿度分布60天后墙体内的含湿量分布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相对湿度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外侧交界面处温度变化室内侧交界面处温度变化Aver3.7%Max7.2%Aver4.7%Max8.6%Aver0.93℃Max1.97℃Aver0.4℃Max0.74℃建筑墙体内的湿传递对墙体热工性能及能耗的影响：直接影响室内环境中的

7、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

8、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气象参数