严寒地区外墙饰面层对建筑能耗的影响——以哈尔滨地区为例

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hs20081987
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我国北方地区冬季供暖能耗巨大,外墙饰面层的热工性能长久以来被忽视,实际上由于太阳辐射和长波辐射传热的作用,其辐射特性显著影响建筑外墙的节能表现。此外,干挂类饰面构造由于空气层以及金属件也会对建筑能耗产生影响。本文选取了太阳辐射吸收系数和发射率两个主要的辐射传热参数,以及空气层的厚度、板材尺寸等构造变量,通过数值模拟的方法研究建筑外墙饰面层的辐射参数和构造变化对建筑供暖能耗的影响。具体是通过CFD模拟软件Flovent模拟各变量对单个墙体传热的影响以及能耗模拟软件Energyplus模拟各变量对整体建筑能耗的影响。此外,由于Energyplus无法进行具体的构造设置,因此在Flovent研究构造变量时,还会计算出空气层的等效热阻,用于之后的能耗模拟计算。
  由于现有规范仅给出某些特定材料的辐射参数,无法使建筑师在材料选择时通知表观特性直接联系到辐射参数,因此本文首先通过实验测试的方式分析常用饰面材料表观特性和辐射参数的关系,得出太阳辐射吸收系数ρ主要与颜色明度有关,且近似成线性关系,控制方程ρ=-0.01B+1.19。发射率主要与材料的材质有关,得出常见材料的发射率范围,非金属材料主要集中在0.7~1之间,金属材料在0~0.2之间。由于饰面层封闭,调研无法获得饰面层的构造形式,因此通过查阅文献和图集,总结出饰面层的构造类型和具体的构造数据。此后,通过实地调研的方式,总结各类型建筑在实际设计时的辐射参数数值范围和板材尺寸范围。
  另外,在模拟之前,对两面采用同种基层不同种饰面材料的墙体以及一面采用干挂构造饰面的墙体进行热工测试,得到内外墙面温度和内墙面热流强度,依照实测墙体建模,对比实测数据和模拟数据,验证模拟模型可用于饰面层辐射特性和构造变化的研究。
  最后,模拟辐射参数和构造变化影响下的墙体传热和建筑能耗,以期能为严寒地区建筑外墙饰面设计提出节能层面的指导。模拟发现,对于结合类饰面,能耗影响因素主要为辐射参数。当发射率一定时,随太阳辐射吸收系数的增大,建筑供暖能耗降低,制冷能耗上升,总能耗降低:当ε=0.9时,太阳辐射吸收系数每增大0.1,采暖能耗平均降低0.96%,总能耗平均降低0.25%。当太阳辐射吸收系数一定时,随发射率的增大,建筑供暖能耗上升,制冷能耗降低,总能耗上升:当ρ=0.3时,发射率每增大0.1,采暖能耗平均升高0.45%,总能耗平均升高0.18%。对于干挂类饰面,需综合考虑辐射参数和构造因素的影响,石材饰面综合影响最高可使采暖能耗降低6.8%、总能耗降低2.5%,金属饰面综合影响最高可使采暖能耗降低6.9%、总能耗降低3.4%。
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