建筑多孔围护结构热湿耦合迁移研究进展

建筑多孔围护结构的热湿耦合迁移会严重影响建筑室内环境、建筑能耗以及建筑结构,而建筑热桥往往是发生湿迁移和湿积累最严重的部位。与建筑主墙体相比,热桥受多维效应的影响,热湿耦合迁移更加复杂。为探究建筑中不同部位的热湿耦合迁移,从而精准计算建筑热损失,首先分别从一维平壁墙体和多维热桥两个角度阐述了多孔围护结构热湿耦合迁移的研究进展,然后分析了多孔围护结构热湿耦合迁移对建筑的作用。多孔围护结构尤其是其中的热桥等复杂建筑节点处的热湿耦合迁移对建筑室内环境、建筑能耗及建筑结构有着重要影响,热湿耦合迁移模型、热湿耦合迁移实验等相关研究也亟待深入开展。     

多孔介质墙体热湿传递实验测试研究

建筑围护结构中的热湿耦合传递规律研究对于了解其传热性能具有重要意义。本文利用大型人工环境舱搭建多层加气混凝土墙体测试实验平台,营造了符合三种典型气候的室外舱温湿度环境并随周期性变化,室内舱控制为空气调节下恒定温湿度条件,测试并记录了多层加气混凝土墙体表面及内部不同位置温湿度变化。墙内距离外表面20 mm处测点的相对湿度在夏热冬冷夏季特征气候下降低了7.88 %,在夏热冬冷冬季特征气候降低了4.11 %,在南海极端热湿特征气候下降低了5.76 %。结果表明热传递对湿传递促进的程度大于湿传递对热传递的作用,在高热、高湿的南海地区,热湿耦合作用对墙体热工性能的影响更大。     

热湿耦合迁移对长江流域建筑能耗模拟的影响

以温度和相对湿度为驱动势建立了热湿耦合迁移模型(CHMT),采用有限差分法以加权隐式格式离散控制方程,用C++编制计算程序;采用自编程序与有限元模拟软件COMSOL Multiphysics进行求解,将计算结果与实验数据和HAMSTAD验证实例进行对比,验证了模型的准确性;以上海、武汉和重庆的建筑南立面挤塑式聚苯乙烯(XPS)外保温砖墙为例,分别计算墙体在供冷季和供暖季的逐时得热量,并以累计得热量为指标,分析热湿耦合迁移对能耗模拟的影响.结果表明:当不考虑热湿耦合迁移时,上海、武汉和重庆的墙体在供冷季累计得热分别被低估10.04%,8.69%和9.11%;在供暖季累计失热分别被低估6.34%,6.62%和6.3%,因此在计算长江流域建筑能耗时应考虑热湿耦合迁移的影响.     

低Da数多孔填料床的热湿迁移特性

根据多孔介质的孔隙及颗粒的大小和多孔腔内水分的静态分布特性，将封闭腔内含湿多孔介质的流动与传热划分为低Ｄａ数与高Ｄａ数两类流动问题。同时采用二维无量纲非稳态模型对低Ｄａ数封闭多孔腔内的热湿迁移特性进行了数值模拟，分析了低Ｄａ数多孔床的传热特性及内部湿分的迁移规律。     

非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型

提出了非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型，此模型引入了在非饱和多孔介质中同时发生热质交换的多种传输机制，以使质量、动量和能量方程得到改进，引用由Ｗｈｉｔａｋｅｒ建立的体积平均法，讨论达西定律应用于非饱和多孔介质的限制。     

非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型

提出了非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型，此模型引入了在非饱和多孔介质中同时发生热质交换的多种传输机制，以使质量、动量和能量方程得到改进．引用由Ｗｈｉｔａｋｅｒ建立的体积平均法，讨论达西定律应用于非饱和多孔介质的限制．     

竹材组合墙体构件热湿耦合迁移特性

 以多孔介质传热传质学为基础,建立以湿度梯度为热源或热汇,以温度梯度作为湿源或湿汇的建筑构件内热湿耦合迁移的动态数学方程。提出用传递函数分析方法研究建筑构件内的热湿耦合过程,利用Laplace变换方法求解耦合方程。使用该方法对竹材组合墙体构件竹板进行了热湿耦合过程的分析计算,得到了竹板内温度和含湿量的动态分布特性。计算结果与实测值吻合较好,表明本文建立的数学模型和求解方法合理可信,有利于竹结构组合墙体的特性研究,也有利于竹材作为一种新型建筑材料的发展。     

竖置多孔填料床内热湿迁移特性研究

通过对气相达西阻力的定义,提出了更准确、更完善地反映多孔介质内部热质传递现象的“三态-六场”模型,并以此模型对竖置多孔填料床内的热质交换过程进行了数值模拟,分析了典型工况下填料床内部各物理量场的变化规律.计算及分析结果一方面表明了模型的可行性,另一方面也表明竖直多孔窗比水平多孔窗具有更好的蒸发制冷效果.     

多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型

基于Whitaker的体积平均方程,在不附加任何新的假设的基础上,寻出一组关于液体饱和度、温度和气相压力的新支配方程,应用该方程组对微孔硅酸钙保温制品干燥过程进行了数值分析.在蒸发速率、平均含湿饱和度及温度变化方面,数值解与实验结果十分吻合.文中还提出了表面质流和表面局部蒸发的概念,根据这两者与外部传质的平衡与转换可以解释临界点出现的机理.     

基于TDMA的多孔介质热湿耦合模型求解与算法优化

为了提高多孔介质热湿耦合模型的求解效率,采用三对角矩阵求解法(TDMA)对模型进行求解,并将该算法和迭代法进行对比分析.对TDMA计算误差与时间步长之间进行了敏感性分析,基于敏感性分析结果提出了一种变时间步长的TDMA优化算法.数值计算结果表明:对于变物性参数问题,随着时间步长的增加,TDMA计算精度将会下降,而迭代法精度保持不变;对于纤维素绝热材料,当连续2个时间步长内相对湿度变化小于0.24％且温度变化小于0.1℃时,时间步长取值对TDMA计算精度的影响可以忽略;相比于TDMA,变时间步长TDMA算法不受时间步长取值影响,精度更高;相比于迭代法,变时间步长TDMA算法具有相同的计算精度,但用时更短,计算用时可减小67％.     

建筑围护结构热湿耦合传递特性实验研究与分析

建立了多层墙体热湿耦合传递的实验测试方法,测试了长沙地区1月份和7月份空调房间外墙体内的温湿度分布情况.分析了热湿气候地区墙体内湿传递和积累的情况,以及不同内表面情况对墙体热湿性能的影响.实验结果表明:靠近室外侧水泥砂浆与红砖界面处的温度、湿度严重受室外温、湿度变化的影响,且此界面处的湿度长期高于80%,易引发霉菌的生长;靠近室内侧红砖与水泥抹灰界面处的温度、湿度主要受室内温、湿度的影响,变化较小;在夏季,内表面贴发泡塑料墙纸的墙体内各界面处的温、湿度普遍比没贴墙纸的墙体内相应位置处的要高;在冬季,两墙体内界面处的温度基本相同,但没贴墙纸的墙体内各界面处的湿度比内表面贴有发泡塑料墙纸的墙体要略高.同时,墙体内的温、湿度变化存在着很强的耦合作用,并且太阳辐射强度对墙体内的温、湿度分布有很大的影响.     

多孔体围护结构热湿同时传导基本方程及其线性化

基于等温吸放湿曲线以水蒸汽分压和温度作为驱动力，建立了在吸放湿范围内多孔体建筑围护结构的热湿同时传导方程，讨论了该方程的线性化条件．结果表明：在通常的室内外温度和相对湿度变化范围内该方程是线性的．     

建筑构件内热湿耦合过程分析中的传递函数解析法

建立了建筑构件内耦合的传热传湿动态数学模型，鉴于材料吸湿在传热传湿相互作用中的重要性，在能量方程中考虑湿度梯度作为热源或热汇，在质量方程中把温度梯度作为湿源或湿汇。首次提出用传递函数分析方法研究建筑构件内的热湿耦合过程，并以玻璃纤维板为例应用该方法进行了热湿耦合过程的分析计算，得到了板内温度和含湿量的动态分布特性。计算结果和实测值吻合较好，表明本建立的数学模型和求解方法合理可信。     

建筑围护结构线性热湿同时传导方程的频域解法

提出了多孔性建筑围护结构吸放湿范围内的线性热湿同时传导方程的频域解法，讨论了墙体线性热湿同时传导系统的传递矩阵和导纳矩阵的推导方法，给出了它们的具体表达式，并证明了它们的性质．实例计算证明：用本文提出的方法和证明的性质求解这种问题简便易行     

周期性边界条件下多层墙体内热湿耦合迁移

为了研究墙体在室外热湿气候下内部温度和水蒸汽密度变化,建立以温度梯度和水蒸汽密度为推动势的多层墙体内一维热湿耦合传递方程.在室外温度、水蒸汽密度周期性变化作用下,利用Fluent软件修改标量方程求解该耦合方程,将对数值结果同文献实验结果对比,两者较好吻合.以室外典型年参数计算冬、夏季墙体内水蒸汽分压力及热流密度分布.计算结果表明,在冬季内保温和墙体接触面发生冷凝并结露,外保温在冬、夏季均不会出现结露.     

织物传热传湿过程中热阻与湿阻的耦合研究

在人体通过衣服向外界的热湿传递过程中，织物的显热和潜热传递会彼此影响，一方面，织物中水汽的变化会引起织物物性参数的改变，因而会改变织物的传热传湿过程，另一方面，织物中水汽的凝结（或蒸发）会释放（或吸收）热量，这又将改变织物中的温度分布，影响到显热传递，上述变化是一个耦合的过程，织物的热阻和湿阻会因为彼此的改变而改变。本文对这种耦合现象进行了数学模型分析，并对一些影响因素进行了分析和讨论。     

多孔介质快速传热传质藕合效应的理论研究

针对多孔材料快速受热物理过程传热和传质藕合微分方程组,用拉普拉斯变换法进行求解,将温度和湿度藕合方程转化为温度度或湿度的常微分方程,给出了半无限体藕合方程温度或湿度拉氏变换的普遍解。且给出各自普适解系数之间的比例关系。在第一类边界条件下对具体算例进行解析研究,求得问题的解析解,给出了温度和湿度的时空变化规律。讨论了传热与传质过程的藕合效应,结果表明在快速受热情况下,考虑与不考虑藕合效应表面邻域温度和湿度的空间分布差别很大,藕合效应非常明显。