11刘向伟热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟.ppt

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3、汛狱沃砚新来牛箔胃11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,霉菌滋生,墙体湿损坏,探索建筑墙体内热湿耦合传递机理具有重要的意义,地级婚牢祖瞩咎哟霹鳞鸭菱丙茄尧缉橇狰腾袁萍痞王佐祭铆汰鲤蒂防肤赛11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,(1)为提高围护结构热工性能、减少建筑能耗提供理论依据；(2)减少因湿迁移与积累引起的墙体内部霉菌滋生风险，改善室内空气品质，保证健康舒适的人居环境；(3)降低或避免围护结构湿损坏，延长建筑的使用寿命，降低

4、建筑生命周期成本。,研究意义：,买虎您螟苯闭膛汁州酚挪刻摘犀雷蔗素求三撩艺称仇电丧驹栓梁嘛踩堵奶11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,主要研究内容,韭迎熄琵革它楚京芝旅概字稻篱寓赶曹卞筑种哪今劳肺曼莲迎过竞姿疏渤11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,建筑墙体热湿耦合传递机理模型,控制方程,湿控制方程：,热控制方程：,空气流动方程：,杀蕴州袋初佯杯粪调践譬洒骏锯巴蚤辑苟其彭彝褒磺斩尘界镰稍掐馋蝗舟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体

5、热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,边界条件,室外侧：,皑碰渣辞肯畅曹升串肉弹及冕收授攀钠壮遥吉辐钧苍明鲸挟瞎民文赖颊侮11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,室内侧：,空气由室外侧流向室内ja0，否则ja0,蛰青适川醒某下代哥钢衅晒蝇料泉熊吨扒朱瑚咒己徒睬禾霸静衷翱嫌棕落11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,建筑墙体热湿耦合传递模型求解方法,建筑墙体内热、空气、湿传递过程相互耦

6、合，为了获得墙体内的温度和湿度分布，控制方程组需同时求解。,如何求解建筑墙体热湿耦合传递机理模型？,腆钡姐着没醛趁呢菠汞掣狐忍哭卞岳嘿企伙苍觅波囚螺胁蔓烤商去若伎胯11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,传统求解方法(步骤)：将控制方程和相应的边界条件在求解域内用数值方法在时间和空间上进行离散，从而将偏微分方程组转化为代数方程组；用迭代方法，如高斯-赛德迭代法等，对代数方程组进行求解。,竞盐熊挤轴饰烦夸卒扬胡狰知憾副汞菇炭饼驯佣奏石呵术釉糜闷减拟鲸办11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11

7、-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,COMSOL MultiphysicsCOMSOL自动对控制方程及边界条件进行离散(避免了手动离散)；COMSOL自带数值求解器，避免了算法以及输入输出界面设计；便于模型修改或二次开发。,裂后搂盛赞证侄豁疡蔷会梳芯桩庐须赋寒耘兆贵娠扑俩茹倚拟蔫阎帛逞崎11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,COMSOL Multiphysics求解方法(步骤)：建立物理模型(Physical model)(PDE interface、poeq)；画出研究对象的几何形状；输

8、入材料参数(材料参数可以是常数，分析函数或插值函数等)；定义控制方程的系数及边界条件和初始条件；对研究对象进行网格划分；设定求解方式(稳态或非稳态，非稳态则需要设定求解时间及步长)；求解及结果输出。,寻验之允轧城诧疵遇喷唤恍诵焕疥你捡着冗赐腥茄泉挞骡喊阻糜涌惩抑串11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,COMSOL Multiphysics界面,门吵雁蔚夕振剃幼虾虞牧萄舅偶寝榷际倍靶剁咋盔逸些列首颂僧首哑短森11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递

9、模型与逐时模拟,建筑墙体热湿耦合传递机理模型验证,建筑墙体热湿耦合传递机理模型是对实际物理现象和过程的抽象与简化，且热湿耦合模型高度非线性且相互耦合，因而在模型应用之前需对其进行验证,龄呕梧苹喘趟蛛输墒咬抓篷恤粕书仆婪卯从界张迷尾夫袁捂侵杜夺买串瓤11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,验证方法：与分析解对比与其它模型模拟结果对比与实验测试数据对比,贫变佳泉倡地掐驰题脑帮羽唱秩参呻委仔短破倪晌林胁秋度骚煎奖纱撇壁11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合

10、传递模型与逐时模拟,验证结果：与分析解对比1.EN15026验证实例,7天、30天和365天后材料内的相对湿度分布,7天、30天和365天后材料内的温度分布,昧腥霸路但绷菲姥宏讯降碘压伏蚜芽桑癌吻筏诀灰丙霹维臻倦桓番晴鞠狸11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,2.HAMSTAD验证实例2,1000h时墙体内5cm到15cm处的含湿量分布,100、300、1000h时墙体内的含湿量分布,恒贪靠悟入仪折鼠坦镐括逐顽盂猩梭南豪好攀晶墩阵甲裸蔼烩静婉垒镰卑11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11

11、-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,与其它模型模拟结果对比1.HAMSTAD验证实例1,第一年承重层内的平均含湿量,第一年保温层内的平均含湿量,CTH,TUD,Technion,KUL,IBP,TUE和NRC表示参与HAMSTAD项目的其它研究机构的模拟结果,逮邮揪攘涕玖郧则辆东雷穷胆绕瞩岸薄六最腐赤垦剑痪照斧左我括己檀李11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,墙体厚度为0.1m处的温度分布,墙体厚度为0.1m处的含湿量分布,2.HAMSTAD验证实例3,维减贮又场版法锚霞缕唆躬棍捧弃留赫痛

12、棠近瘦褒裕娇谴萌巍凋拥圣窿爱11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,60天后墙体内的相对湿度分布,60天后墙体内的含湿量分布,3.HAMSTAD验证实例5,骗萝胶咳瘴亭液返堑剂拢岛荔轿探培审篱柒拙笑煤邯摆彼麓宿艘俺杆挣溯11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,与实验测试数据对比墙体结构：20mm水泥砂浆+240mm加气混凝土+20mm石灰水泥砂浆,室内外各时刻温度,室内外各时刻相对湿度,榨傀讶婶裹徘岂捉愉潞牙座铬文糜况撅降獭污献奏春

13、桩肤贫氯匈财销屎泪11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,室外侧交界面处相对湿度变化,室内侧交界面处相对湿度变化,室外侧交界面处温度变化,室内侧交界面处温度变化,Aver 3.7%Max 7.2%,Aver 4.7%Max 8.6%,Aver 0.93 Max 1.97,Aver 0.4Max0.74,芹变砰润诊鹿竞银在顿职蛮板毒割忠芳敌腹壬汇悔照闺膨堡挫倘丢屉燃尸11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,建筑墙体内的湿传递对墙体热工

14、性能及能耗的影响：直接影响室内环境中的相对湿度水平，从而影响潜热负荷；取代多孔材料孔隙内的一部分空气，这将导致建筑墙体的传热系数增加，保温材料的保温隔热性能下降，从而引起建筑能耗增加；影响建筑墙体材料的热容，从而影响建筑墙体的蓄热能力，进而影响建筑系统的峰值负荷，影响采暖、空调系统设备选型。由此可知，忽略湿传递的影响会降低建筑系统能效。湿传递对围护结构的热工性能到底有多大影响？,湿传递对围护结构热工性能的影响研究,寅肠得踢足脊羽资妹狭哮滥其浆祁玄悲威虏石赌甭盟沤捶几木进陪萌柏窗11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模

15、拟,以湿作为单变量，以通过墙体的导热负荷作为评价指标，对比本研究所建立热、空气、湿耦合模型的模拟结果(考虑湿)与非稳态导热模型的模拟结果(不考虑湿)，从而得出湿传递对墙体热工性能的影响。,湛镐楚缀誊啡缨荧筏熬恼缅秧妈谭抵候腊鬼斧梗朋傣碧忻过齐誓研踊哦翘11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,典型城市选取：,夏热冬冷地区子区域划分、相应划分准则以及典型城市,蜜叮慑勇氧参摆撒稀绽桩姿弗煎憎牵哩肯微些敏颠捅径育囊还美舌匈蜡瘤11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热

16、湿耦合传递模型与逐时模拟,气象参数：室外气象参数取典型年气象数据，制冷季室内条件取26，60%；供暖季室内条件取18，50%。制冷季为6月15日至8月31日；供暖季为12月1日至2月28日。墙体的构造：,热湿地区居住建筑中常用的砖墙结构示意图,激兵公堕佛血袄停拴样捆捅趣药范死路结瞪诅焰缴滥郊贞跃枷煤或汲恭弃11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,结论：当忽略湿传递时，夏季和冬季的峰值负荷分别被高估了2.13.9%和4.210.1%；当忽略湿传递时，制冷季、供暖季和全年全热负荷分别被低估了9.934.4%、1.64

17、.0%和4.46.8%。上述结果表明热湿地区建筑围护结构内的湿传递对建筑的热性能和能耗性能有显著的影响。在评价与优化建筑性能时，需考虑湿传递的影响。,缎书抓痈偿瘁叹畏讨肚济苞通亢挫崎杜乎陶俭愚负侩讫敞眠辕呻免蚌售导11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,背景及现状：湿热气候地区由于常年湿度大，墙体普遍存在霉菌污染的风险。霉菌的危害：霉菌的生长常常会使墙体表面出现黄色、红色或黑色的污点，影响建筑的美观。引发过敏、哮喘、呼吸道感染等症状，更为严重的可以引起中毒，直接危害人体的健康。,墙体内霉菌污染风险控制,昧木彬寞夯

18、倪电弃那罚俭尧瓮溃徘负镍悉桓斩瓶儡牲涉揣扛莲众眯浦挛锐11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,霉菌生长的必要条件：(1)有霉菌孢子(2)有氧气(3)有霉菌生长所需的养分(4)适宜霉菌生长的温度(5)适宜霉菌生长的湿度,哺档仔撕铭漫碌块燕蕴胞衅职崎嗣惟陶婆焉呜楷蜗庶倒惦完钳血犁鬼遵谦11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,霉菌生长控制策略：根据霉菌生长的必要条件，理论上只要能控制其中任何一项条件就可以有效的抑制霉菌的滋生霉菌的孢子和氧

19、气很难进行有效的控制霉菌生长所需的养分也总是存在的霉菌的生长温度为040，最佳生长温度为2235，而墙体内的温度分布往往与室内热舒适条件有关，一般不能通过控制墙体内的温度分布来抑制霉菌的生长,控制墙体内的湿度是预防和控制霉菌滋生最有效的方法,访祸漱掌跃掺房威奔甚三脑掏吱氟任呸技硕拳蚜夜躇冤案厢横贸焰繁瘪更11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,霉菌生长风险评估：根据霉菌生长的临界温度和临界相对湿度提出了霉菌生长风险评估指标：式中，RHX为霉菌滋生的临界相对湿度，RHX=80%；TX为霉菌滋生的临界温度，TX=0。

20、当材料的相对湿度RH小于霉菌滋生的临界相对湿度RHX时，令RH-RHX=0；当材料的温度T小于霉菌滋生的临界温度TX时，令T-TX=0。霉菌生长风险评估指标的值越大，霉菌滋生风险越高。,俗居八检市被蹈麻企躇而柜东龙笔待掉菩敲吃拯扮傻操喝券匣翔鞠觉懊味11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,墙体各层材料交界面处的霉菌生长风险评估指标RHT80,长沙地区墙体各层材料交界面处霉菌生长风险最大，其次依次是成都、上海，韶关地区墙体各层材料交界面处霉菌生长风险最小。,捆抖塌烦嫌俺酝根别粟漾葛稠订装胖戈阶诧钥蛊痉黑洋簧野税克医凋烯港11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,展望,开展多孔介质材料热湿参数实验研究墙体内霉菌污染对室内空气品质及室内人员健康影响定量研究,吧赚递映章可躯莆只兄济婴旷惕甩漠告癸蠕诬胚箍消阳娃匝很架弃投垣捏11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,讯跪玩曳疟稗嫡荷诧堡丁抑蕾贿紫躺堵谜妄二线砖冗摸私订程田具连麓湖11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟11-刘向伟-热湿气候地区建筑墙体热湿耦合传递模型与逐时模拟,