建筑围护结构传热特性研究一直是建筑领域的重要基础课题之一,前人的研究为解决该领域的基本问题奠定了坚实的理论基础。近年来,建筑围护结构得到了大幅度的发展,大部分的新型建筑围护结构系统采用了各式各样的内嵌热源以此来提升其热工性能,但也正是内嵌热源的引入,使得传统建筑围护结构传热模拟方法在处理新系统的过程中遇到了瓶颈,具体表现在内嵌热源对围护结构非均匀热流与辐射流的影响,以及内嵌热源本身与围护结构内部环境之间高度耦合的复杂关系。针对建筑围护结构发展过程中遇到的基础性问题,本研究针对建筑围护结构内嵌热源的导热与辐射传递问题提出了新模型、新思路以及应用示范,主要内容如下:针对含内嵌热源建筑围护结构的导热问题,从点热源与面热源角度出发,分别推导了两类典型问题的解析传热模型,即热源作用下的二维与三维平板非稳态温度场,基本技术路线是对传热控制微分方程进行特殊处理,其中,对于点热源传热模型,是将平板两个表面与环境的辐射、导热与对流换热项纳入到微分方程的内热源项中,以此将原本三维传热问题降维至二维平面传热问题;对于面热源传热模型,则是将控制微分方程分解成一组非齐次稳态方程与一个齐次非稳态方程,利用解的叠加还原了原本的温度场。在边界与动态热源的处理方法上,分别采用了虚拟镜像热源法与杜哈梅尔定理方法,借此可以很方便灵活的将无穷大平板上的解转换成非稳态点热源或者面热源决定的温度场。通过将平板二维模型与三维模型应用到热电辐射板系统中并进行数值对比研究发现,二维模型的误差随着平板的厚度增加而呈现出先增加后减少最后趋于稳定的趋势,当热电芯片工作电流从1.0 A增加到1.6 A时,二维模型在中心点的最大温度误差可从0.403℃增加到0.749℃,二维模型对应的最大表面平均温度误差可由0.458℃提高到0.849℃。针对含内嵌热源建筑围护结构的辐射传递问题,本研究在将各类百叶空间几何特征与太阳入射辐射作用关系分为三大类的基础上,采用数学归纳法、高斯取整函数与百叶空间辐射平衡方程,通过射线追踪法确定叶片辐射源项,针对直射-直射辐射、直射-散射辐射以及散射-散射辐射的传递规律,利用矩阵方程统一解析求解出在任意百叶几何特征与任意表面光学特性下的辐射透过与吸收规律,以此为核心,结合太阳位置模型、斜面辐射转换模型、单层玻璃辐射模型以及多层半透明介质辐射传递模型,共同构建了完整描述具有内嵌辐射热源的复杂围护结构辐射传递模拟方法。将本研究建立的辐射传递模型应用于光伏百叶玻璃窗的辐射传递特征分析中发现,环境辐射参数对系统辐射特性呈现出显著的线性关系,随着百叶倾角的增大,百叶空间的辐射吸收率会略微增大,这与普通百叶的特质类似,但是不同点在于曲线中出现的“转折点”,另一个新的发现是转折点出现时的百叶倾角等于入射光的太阳高度角的余角。此外,研究还发现:较小的太阳高度角对曲线的光滑度有较明显的影响,该影响随着太阳高度角的增大而削弱。进一步将内嵌热源的导热与辐射传递理论模型应用于两类新型建筑围护结构系统的模拟研究当中,即光伏热电墙体与光伏百叶窗户系统。针对光伏热电墙体系统,主要是将光伏电池五参数模型的显式函数解、各层材料的传热状态空间模型与热电作为内嵌热源的二维解析传热模型进行耦合,编制相应的计算机程序,建立了光伏热电墙体的光电光热耦合传递模型,并且对光伏热电墙体的空气通道深度、保温材料参数以及外接电阻值的影响进行了参数分析。针对光伏百叶窗户系统,主要是将非晶硅电池五参数模型显示解析解、区域化传热模型、空气流动的幂律定律与光伏百叶辐射传递模型进行耦合,编制相应的计算机程序,建立了光伏百叶窗户系统的光电光热耦合传递模型,并且对光伏百叶窗户的自然采光性能、热工性能以及发电性能进行了综合分析讨论。为了进一步探究由光伏热电墙体与光伏百叶窗户组成的光伏热电围护结构的节能潜力,故根据建筑节能规范选取传统玻璃窗与保温墙体构成参考系统,以夏热冬冷地区典型城市气候为输入参数,以全年冷热负荷为评价指标,对光伏热电围护结构进行热工性能评价与能耗模拟分析,结果显示,在冬季与夏季最不利日情况下,光伏热电围护结构相对参考系统的节能率分别达到11.1%与15.4%,光伏热电围护结构系统单位面积的全年冷热负荷比参考系统大幅度降低,表征光伏热电围护结构在五个典型城市的节能率达到28.1%-55.4%。为验证各类模型的准确性,通过搭建全尺寸实验平台并进行多工况的实验测试研究,构建完整的实验测试系统,并对各个直接测试量进行了不确定性分析。考虑到本文涉及的模型与子模型较多,实验研究的总体思路是先对子模型进行分别验证之后,再对光伏墙体与光伏窗户系统进行实验测试。通过将记录的逐时室内外空气温度与太阳辐射数据输入到相应的模型中,然后将模拟值与实验值进行对比验证,以此分别验证了各类建筑围护结构的子模型与系统模型在传热模拟方面的准确性。该研究最终可为建筑围护结构热工性能与能耗分析提供基础理论支撑,为建筑能耗模拟软件提供一套可参考的模拟模块。