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在建筑中采用被动式节能技术,减少空调系统在调控室内热湿环境时的耗能,是绿色节能建筑研究领域的热点之一。其中,将具有特殊物理性能的新型材料应用建筑空间内表面,直接参与室内温湿度调节,也被认为是一种有效的被动式节能路径。多孔调湿材料和相变调湿材料作为此类被动节能建材的代表,拥有优于一般建筑材料的传热传质机理,在适宜的边界条件下,可以“高吸低放/移峰填谷”地调节室内湿度/温度,有效减小建筑热负荷,而得到越来越多的关注。
多孔/相变调湿壁面的吸湿调湿/蓄热调热过程,称作热湿缓冲现象。目前,在湿缓冲现象研究中,如何利用简化方法替代复杂热湿模型进行吸放湿计算;在热湿缓冲现象研究中,如何正确计算材料内部伴随相变焓流的热湿迁移过程,并对相变调湿材料在多气候条件下建筑中应用效果做出预测,是热湿缓冲现象研究的两个前沿问题。
以此为出发点,以热湿缓冲现象相关理论知识和研究方法为基础,本文展开了具体研究;
首先,结合传湿理论推导和湿缓冲值定义,得到了应用范围更为广泛的正弦湿波动条件下的吸放湿量计算方法;该方法以两杯法实验测得的材料湿缓冲值和湿波动修正系数为参数,相对于常用的数值计算方法更为简便快捷;通过与热湿耦合模型的对比验证,发现该方法计算误差均小于5%;利用该方法,完成了真实室外气候条件下多孔表面的全年吸放湿量计算,体现出该方法具有一定的实际应用价值。其次,利用湿缓冲值和湿容系数的转化关系,以修正有效湿容模型为框架,得到了热工区域层面利用湿缓冲值进行吸放湿计算的完整路径;通过进行相对湿度和除湿负荷的结果比对,确立了湿容系数和风机流量的取值原则;经过多材料和多工况检验,发现该湿缓冲计算方法,尤其在节能率计算方面具有较好的适用性。而后,建立了热湿耦合-相变焓模型,用以计算相变调湿材料的内部热湿迁移过程及其热湿缓冲效应;经对比验证,发现该模型在空间和时间离散精度满足一定要求时,能够得到准确的计算结果;利用该模型,从孔隙率和过冷度对材料热湿性能的影响出发,验证了相变调湿材料在功能整合和空间集成上的优越性。最后,以室外空气逐时含湿量/干球温度为参数,采用统计分析的方式,给出了热湿缓冲技术气候适宜性的判定方法;以EnergyPlus为工具,完成了北京、巴黎、亚特兰大和广州4种典型气候条件下,相变调湿材料在办公/住宅两种典型建筑空间中应用效果的模拟分析。结果表明,应用相变调湿材料可以有效调节室内温湿度波动,总体节能率最大分别可达到15.81%/21.84%/27.10%/8.76%。
论文以多孔/相变调湿材料的热湿缓冲现象为研究主体,更新完善了吸放湿计算的湿缓冲值方法,填补了相变调湿材料在真实建筑条件下热湿缓冲效应研究的空白。相关研究结果,有助于推进热湿缓冲效应相关理论研究和被动式调热调湿材料在建筑节能中的应用。
多孔/相变调湿壁面的吸湿调湿/蓄热调热过程,称作热湿缓冲现象。目前,在湿缓冲现象研究中,如何利用简化方法替代复杂热湿模型进行吸放湿计算;在热湿缓冲现象研究中,如何正确计算材料内部伴随相变焓流的热湿迁移过程,并对相变调湿材料在多气候条件下建筑中应用效果做出预测,是热湿缓冲现象研究的两个前沿问题。
以此为出发点,以热湿缓冲现象相关理论知识和研究方法为基础,本文展开了具体研究;
首先,结合传湿理论推导和湿缓冲值定义,得到了应用范围更为广泛的正弦湿波动条件下的吸放湿量计算方法;该方法以两杯法实验测得的材料湿缓冲值和湿波动修正系数为参数,相对于常用的数值计算方法更为简便快捷;通过与热湿耦合模型的对比验证,发现该方法计算误差均小于5%;利用该方法,完成了真实室外气候条件下多孔表面的全年吸放湿量计算,体现出该方法具有一定的实际应用价值。其次,利用湿缓冲值和湿容系数的转化关系,以修正有效湿容模型为框架,得到了热工区域层面利用湿缓冲值进行吸放湿计算的完整路径;通过进行相对湿度和除湿负荷的结果比对,确立了湿容系数和风机流量的取值原则;经过多材料和多工况检验,发现该湿缓冲计算方法,尤其在节能率计算方面具有较好的适用性。而后,建立了热湿耦合-相变焓模型,用以计算相变调湿材料的内部热湿迁移过程及其热湿缓冲效应;经对比验证,发现该模型在空间和时间离散精度满足一定要求时,能够得到准确的计算结果;利用该模型,从孔隙率和过冷度对材料热湿性能的影响出发,验证了相变调湿材料在功能整合和空间集成上的优越性。最后,以室外空气逐时含湿量/干球温度为参数,采用统计分析的方式,给出了热湿缓冲技术气候适宜性的判定方法;以EnergyPlus为工具,完成了北京、巴黎、亚特兰大和广州4种典型气候条件下,相变调湿材料在办公/住宅两种典型建筑空间中应用效果的模拟分析。结果表明,应用相变调湿材料可以有效调节室内温湿度波动,总体节能率最大分别可达到15.81%/21.84%/27.10%/8.76%。
论文以多孔/相变调湿材料的热湿缓冲现象为研究主体,更新完善了吸放湿计算的湿缓冲值方法,填补了相变调湿材料在真实建筑条件下热湿缓冲效应研究的空白。相关研究结果,有助于推进热湿缓冲效应相关理论研究和被动式调热调湿材料在建筑节能中的应用。