民用建筑围护结构热湿特性实验和模拟探究

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1、民用建筑围护结构热湿特性实验和模拟探究　　摘要：民用建筑的目的是为居民提供一个安全，健康，舒适的室内环境。建筑外围护结构分隔建筑室内外环境并对建筑能耗及维持良好的室内环境有着重要作用。然而围护结构内的热湿传递对室内环境、建筑热工性能和建筑能耗有着十分重要的影响。由于围护结构内热湿传递机理的计算分析较为复杂，建筑师们在设计围护结构时通常依赖于经验，因此导致种种不合理的情况发生。本文通过对单层建筑材料热湿传递进行试验，并结合CHAMPS软件对不同材料和类型的建筑墙体进行模拟分析，探讨建筑外围护结构有关材料选择和墙体构成形式的优化设计。关键词：建筑外围护

2、结构热湿传递实验研究CHAMPS模拟优化设计中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：1绪论7大多数的建筑围护结构都由多层多孔材料构成，由于多孔材料的特性以及热湿迁移的一个重要特征就是它们的耦合作用，热湿在围护结构内的耦合迁移对室内环境、建筑热工性能和建筑能耗有着十分重要的影响。首先，热湿迁移易导致的建筑围护结构的破坏，这些破坏会严重降低围护结构的热工性能和使用寿命。其次，热湿迁移对室内温、湿度以及由于温湿度导致的霉菌生长与对空气污染物（主要为VOC）扩散和传播有很大的影响，这会严重影响到室内的空气品质［1］。最后，由于热湿传递所导致的维护结构内

3、湿积累大大增加了多孔材料的导热性从而降低了材料的保温隔热性能，这势必会导致建筑耗能的增加。另外，在使用空调的房间内，围护结构吸放湿过程直接影响着室内湿度水平和潜热负荷，吸放湿过程引起含湿量的变化和相变以及温度分布的变化，从而直接或间接地影响着显热负荷，从而影响建筑的能耗。尤其在我国的夏热冬冷地区，气候潮湿多雨且长期处于高湿的气候状态下，在这种气候条件下热湿迁移的影响更为明显，因此进行此项研究对降低建筑能耗，提高建筑寿命，改善室内空气品质以及对建筑师设计维护结构时的参考具有十分重要的理论和现实意义。2热湿传递实验与模拟研究7实验通过人工气候室恒温恒湿

4、箱法对围护结构内热湿传递特性进行研究，由于多层围护结构的实验较为复杂且耗费时间较长，因此本次实验模拟单层材料的热湿传递特性。分别选用四种建筑材料：矿渣砖、松木板、泡沫玻璃、植物纤维复合板，用这些材料分隔气候室和恒温恒湿箱，气候室和恒温恒湿箱分别模拟两种不同的热湿环境，通过不同环境的温湿度来实验测得达到热湿稳态传递不同建筑材料内热湿传递的特性。模拟采用CHAMPS软件对四种材料进行模拟研究。CHAMPS软件指CHAMPS—BES（CoupledHeat,Air,MoistureandPollutantSimulationinBuildingEnvel

5、opeSystems），是由美国环保署、能源部资金支持下由美国雪城大学和德国德累斯顿工业大学合作设计研发的一个模拟热、空气、水分、污染物在建筑外围护结构系统内耦合迁移的模型工具，是目前经过大量实验验证精度相对比较高、考虑了外部气象条件并包含了空气流动，可以在一、二、三维条件下预测计算围护结构内热量和水汽耦合迁移的模型工具[2]。将达到热湿稳态传递时的实验测得数据和CHAMPS软件模拟结果进行比较分析如下图1—2所示：图1.植图1.物纤维板和泡沫玻璃板温湿度分布的实验与模拟对比图2.松木板和矿渣砖温湿度分布的实验与模拟对比7如上图1、2所示，实验结果

6、中，四种建筑材料在达到热湿稳态传递条件下的温度分布，可以看出整体分布趋势上，矿渣砖内的温度最高，松木板次之，植物纤维复合板第三，泡沫玻璃内部的温度相对来说最小。在第一个点位置，泡沫玻璃相对其他三种的温度最低，说明其导热能力最小，保温隔热能力最好。从上图可以看出，四种建筑材料中泡沫玻璃的保温隔热能力最好，植物纤维板的次之，矿渣砖的最小。而相对湿度，松木板内部的相对湿度最高，矿渣砖的次之，泡沫玻璃板内部相对湿度最小。在第一个点时，泡沫玻璃板的相对湿度和其他三种建筑材料相比，差别极大，说明泡沫玻璃板隔湿能力较好，虽然孔隙较多但大都为闭孔气泡。上图可以看出

7、四种监护材料的隔湿能力中，泡沫玻璃远远好于其他三种建筑材料，植物纤维板次之，松木板的隔湿能力最小。将实验结果和模拟记过对比可以看出，实验所测数据和CHAMPS模拟结果基本相似。植物纤维板的实验测试结果和CHAMPS模拟结果比较，在温度分布上，最大差距在中部点处，实验结果和模拟结果相差3℃左右，相对湿度在第三个点差距最大，相差在4%左右，温湿度差距均在误差范围可接受程度内。其他三种建筑材料实验结果和CHAMPS模拟结果比较，泡沫玻璃实验侧的温湿度和模拟结果温湿度最大相差分别为3℃和5%，松木板为1℃和5%，矿渣砖为3℃和3%。从实验结果和模拟结果对比

8、分析，可以得出实验数据和模拟数据总体误差在可接受范围内，说明了实验的精确度同时也验证了CHAMPS模拟软件。4.基于CHA