墙体温度场的延迟计算.pdf

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1、墙体温度场的延迟计算蒋伟廖绍凯赵腾飞(嘉兴学院建筑工程学院，浙江嘉兴314001)[摘要]采用拉普拉斯变换，计算关于墙体一维非稳态墙体温度场的解析解，并且利用有限差分法，得到了关于墙体一维非稳态墙体温度场数值解。对比与分析两种计算，验证了数值计算的准确性。利用数值计算方法，分析墙体材料的热物理性能对导热的延迟作用。结果表明，随墙体的厚度、比热和密度的增加，墙体的延迟时间呈线性增长趋势，而随导热系数的减少，延迟时间呈指数增长趋势。最后，利用该方法对聚苯板外墙保温墙体的温度场进行了数值模拟，得到了其温度传播延迟时间。[关键词]墙体材料；数值解；延迟时间文章编号：2095—408

2、5(2015)08—0117—02众所周知，在我国社会总能耗中，建筑能耗占了相当大的比例，而建筑能耗当中，外墙热损失又占了很大份额，外墙外保温⋯已成为保温技术的新方向，当室外温度变化时，温度波是逐渐影响到外墙外表面、外墙本身和外墙内表面的，距离室外越远，滞后时间越长，同时温度波沿着墙体厚度方向振动幅度也逐渐变小。延迟时间越大，则夏季越可以利用夜间的自然冷量降低白天的热负荷，冬季越可以利用白天的热量降低晚上的冷负荷。因此针对外墙节能技术的分析是目前亟待解决的问题。建筑墙体传热是一个复杂的非稳态过程，从目前国内外研究现状可以看出，很多文献研究了当各个因素(如：基层墙体材料和尺寸

3、变化、气候、外墙朝向、墙体保温形式(内保温、夹心保温和外保温)、(外墙表面颜色以及空调运行方式)单独作用时，对墙体的温度场的影响，分析了复合墙体的传热传湿特性及保温效果，但甚少涉及保温层热物理性能参数变化对墙体的延迟和削弱作用。近100年来，对大量几何形状及边界条件比较简单的问题获得了分析解。但是，对于工程技术中遇到的许多几何形状或边界条件复杂的导热问题，由于数学上的困难目前还无法的得出其分析解。另一方面，在近十几年中，随着计算机技术的迅速发展，对物理问题进行离散求解的数值方法发展十分迅速，并得到日益广泛的应用。这些数值方法包括有限差分法、有限元法及边界元法等。本文中通过有

4、限差分法，对一维热传导方程进行空间和时间的离散，得到墙体各节点温度计算公式，进而采用数值方法，模拟了随环境温度变化时墙体的温度场，并分析了保温层的热物理参数变化对墙体的延迟和削弱作用。1一维墙体非稳态解析解运用能量守恒定律和傅立叶定律，建立墙体的热传导可视为一维非稳态热传导过程。关于墙体的热传导方程是研究传热的基础方程，在此基础上，分别利用解析解和数值计算模型两种方法进行一维墙体非稳态传热的分析，按照传统的方法，分别对墙体沿厚度方向上随时间的传热进行解析。运用拉普拉斯变换求得一维墙体非稳态传热的解析解。2墙体温度场数值计算2．1一维非稳态温度场数值计算在一维非稳态温度场内，

5、温度随地点和时间而变，温度是时间和地点的函数，因此应用有限差分法求解一维非稳态问题时，除了选取距离步长，把导热体做空间坐标的离散外，还得取时间步长使时间坐标离散化。2．2解析解和数值解对比本文中模拟了当室外温度恒为312K，墙体初始温度为298K，墙体内表面绝热时，利用解析解和数值解对该墙体进行分析，并将结果绘制成图。运用解析解和数值解，绘制出的墙体内表面的温度随时间的变化曲线，几乎完全一致，故此可以用数值分析的方法，对复杂的墙体温度场进行分析，解决了解析法解决墙体温度场时的不足。验证了墙体数值解的准确性。2．3墙体参数对导热的延迟作用本节主要通过数值计算，研究保温层的热物

6、理参数的改变对单一墙体的延时的(下转第119页)．¨7．心一个点、中线15m两边2个点、坡脚线内侧一米处两边共2个点。检测深度一般以20cm为梯度测量上、中、下三层的压实度。在高速公路工程施工中企业必须严格按照每一道工序的规范要求，对各环节质量严格把关，防止各种质量通病的发生，确保整体工程施工质量达到合格水平，并努力实现创优目标。2冲击碾压技术在施工中的要点2．1高填方的补强处理在路面下沉开裂问题中，高填方路段产生的工后沉降情况也是造成其出现的主要因素。通常在相隔2米的位置选用一般的振动压实设备进行冲击碾压施工的补压作业，这样可以有效提高其压实效果，并能对高填方路堤工后出现

7、的差异沉降情况进行有效解决，进而起到路床整体性及均匀度增强的作业。2．2旧路的改造工程在改造旧路过程中，为减少占地与节约填料，应对原有路基多加利用。在路面、路床及路堤开挖施工中，应分层进行重新回填及压实，进而确保压实效果符合设计规定的压实度。将冲击碾压技术应用到路面或路基开挖张，能够极大地降低工程造价。主要原因在于这种施工方式可以在原有路面上直接运用冲击压路机进行冲击碾压施工，进而确保其质量符合施工要求。当分层对新加宽路基路床进行压实时，应对新旧路基结合位置与新路床位置一起进行冲击碾压作业，特殊情况下，还要将土工格