墙体热湿和空气耦合传递理论与实验研究

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1、墙体热湿和空气耦合传递理论与实验研究TheoreticalandExperimentalStudyinCouplingTransferofThermal,Moisture,andAirinWall研究生：李克冉指导教师：冯国会教授于水副教授学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程二〇一五年十二月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文墙体热湿和空气耦合传递理论与实验研究作者姓名：李克冉入学年份：2013年09月指导教师：冯国会教授学科领域：供热、供燃气、通风及于水副教授空调工程申请学位：工学硕士所在单位：市政与环境工程学院论文提交日期

2、：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年01月答辩委员会主席：郭晓朝答辩委员会组成：郭晓朝刘贵军李慧星郝红李刚康智强黄凯良论文评阅人：郝文阁李慧星声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：2015年12月学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用

3、学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半□两年□作者签名：导师签名：日期：2015年12月日期：2015年12月硕士研究生学位论文摘要I摘要混凝土是最常见的建筑材料，也是典型的多孔介质。建筑围护结构的热性能决定了建筑整体的能耗，而结露会大幅降低围护结构的热阻，从

4、而导致建筑物能耗增大。热桥也会使围护结构的部分位置热阻降低，增加建筑物能耗的同时也增加了围护结构结露的风险。本文总结了Luikov模型、Lewis模型、Philip&DEVries模型等多种相关的数学模型。通过自制混凝土吸水实验台对C20、C30、C40三种标号的混凝土进行了吸水性能测试及扫描电子显微镜观察拍照，并对图像进行处理以测定其分形维数，即孔隙复杂程度。利用CHAMPS-BES软件对墙体在稳态环境下的热湿分布、地下室外墙的热湿分布、热桥在稳态状态下的热湿分布以及热桥长度和位置对热湿分布的影响进行了模拟通过混凝土吸水实验得知，在C20、C30、

5、C40三种标号混凝土中，C20混凝土的吸水性能较好，孔隙较为复杂，C30混凝土的吸水性能较差，孔隙复杂程度较低。可见混凝土的吸水性能与强度并无直接关系，而与孔隙分布有关。通过数值模拟，发现墙体内相对湿度分布主要受室内空气相对湿度的影响，几乎不受室外空气温度和相对湿度的影响。在严寒地区冬季典型气候条件下，当室内空气相对湿度上升到80%以上时，墙体内表面极有可能发生结露现象，而壁面一旦结露，液态水会迅速的向墙体内部运移，当室内相对湿度为90%时，液态水将会浸润墙体达到其厚度的1/3，这将大幅降低围护结构的热阻，是应当避免的。以阳台为例，对建筑物热桥的热湿

6、分布进行了数值模拟。设阳台所在楼层的下墙角为A点，阳台所在楼层下一层的上墙角为B点，则在普通阳台中，A点相对湿度比B点略小，阳台进深减半对此影响不大，而当阳台向下偏置了50%时，A点相对湿度大幅减小，B点的相对湿度则变化不大。在冬季典型工况下，不论哪一种阳台结构，当室内空气相对湿度为80%以上时，阳台内都出现了不同程度的结露现象，稳态条件下，AB两点处结露形成的液态水在500天左右相互贯通，而当室内空气相对湿度为70%时则不会出现结露现象。对于相同材料，质扩散系数较小可降低结露的风险；室内空气温度的突变可导致墙体内的热量短暂的流向室内壁面，质扩散系数

7、较小的材料可使热流更加快速的恢复到原来的状态，但并非质扩散系数越大，热流恢复的速度就越快，模拟结果显示，当质扩散系数为1.5×10-8s/m时，热流恢复速度最慢；在温度发生突变时，质扩散系数越大的材料，水蒸气分压力的变化越小，恢复到平衡状态所需要的时间也更短。沈阳地区居民建筑墙体内表面全年内大部分时间处在高相对湿度环境下，但并未发生严重的结露现象，夏季墙体内表面相对湿度较低，约为80%~85%。在建筑中采用吸湿性较差的材料，并且在日常生活中控制室内空气的相对湿度，能够极大的减小室内结露和滋生霉菌的几率。本文的研究成果将对各类建筑中防结露、防霉有重要的

8、参考意义。关键词：多孔介质;热湿和空气耦合传递;实验;数值模拟II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文A