空调工况下钢筋混凝土悬挑梁热桥效应实验研究

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在经济全球化带来经济快速发展的同时,人们越来越关注能源的使用以及能源利用效率等问题。建筑能耗在全球总能耗中所占的比例接近一半,同时暖通空调系统的能耗占建筑能耗的主体部分,这与建筑围护结构的热工性能以及热桥部位带来的热损失有着重大关系。热桥的存在会给建筑物带来许多影响,冬季会增加建筑物热损失,夏季会增加建筑物得热量,在增加空调冷热负荷的同时,承担建筑能耗的成本也随之加重。同时,热桥会给围护结构墙体带来结露风险,会引起墙体上霉菌的生成,或墙皮脱落,影响室内生活品质,和居住环境的美观性,所以对热桥效应的研究与改善具有一定的现实意义。本文以三大基本传热方式和传热的理论基础为后续计算奠定了理论依据,对建筑物墙体内表面的温度和露点温度进行对比分析,计算得出冬季墙体内表面温度超过露点温度,室内无结露风险。以框架结构既有建筑钢筋混凝土悬挑梁为研究对象搭建实验平台,做最不利工况下的热桥效应实验研究。对冬夏季空调工况下的混凝土悬挑梁及其相邻墙体表面、内部,和室内外空气分别进行4天96小时的连续性温度实测,冬夏季分别将实验室内空气温度稳定在29℃和26℃,室内工况保持在稳定状态,室外工况为自然环境,对实测结果进行数值分析和拟合,并分别用ANSYS有限元法和热流密度法进行模拟与计算验证。根据实验结果研究表明,当室内热湿环境处于稳定状态时:钢筋混凝土悬挑梁存在明显的热桥效应,夏季热桥部位得热量约为围护结构外墙的两倍,冬季热桥部位热损失量约为围护结构外墙的三倍;冬夏季热桥部位热流量比例为1.98:1;冬季围护结构外墙热损失量是夏季围护结构外墙得热量的1.22倍;在典型工况特定模数下,住宅楼冬夏季单面外墙热流量与单面外墙中纵向框架梁热流量的百分比分别为1.1:1和1.73:1;跨越围护结构墙体的连续梁在室内外接近墙体的某一点处出现温度拐点,夏季拐点之间温升约占全部温升的85%,冬季拐点之间温降约占全部温降的80%,拐点位置与钢筋混凝土热工性能及室内外温差密切相关;拐点两侧空气温度与连续梁内部温度相差不大;墙体内外壁面温度基本无变化;同一时刻热量传递从室内到室外沿连续梁呈线性关系。对实验模型采用ANSYS软件有限元法进行模拟分析,模拟与实验的温度场变化趋势一致,模拟结果与实验结果高度吻合。建立新模型以实验模型为基础,建模在原基础模型上增加走廊外墙,将走廊外墙看作建筑外墙,对比实验模型与新模型的模拟结果可知,对于实验模型来说,走廊空间对室内环境起到保温隔热的作用,走廊的存在有效的减少了热桥效应。
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