65 嵌管式外墙夏季传热效果的影响因素分析与优化.pdfVIP

Simulation 第21届暖通空调制冷学术年会（2018）文集 模拟 嵌管式外墙夏季传热效果的影响因素分析与优化 姜思航，沈 翀，李先庭 （清华大学，北京100084 ） ［摘 要］嵌管式外墙将换热管件嵌入墙体以调节温度，现有的初步研究表明它可在夏季利用冷却塔等自 然冷源大幅降低建筑冷负荷。但目前鲜有针对其热工性能影响因素的研究，布管方式也有待优化。本文针对嵌 管式墙体和传统墙体建立了数值计算模型，研究了自然冷热源温度和室外温度等外界因素对该类墙体热工性能 的影响，并基于能耗分析优化了布管位置。结果表明，嵌管墙的内外壁传热量、嵌管处传热量与室外气温、进 口水温和太阳辐射存在高度线性关系。拟合公式后发现水温是影响内壁热流的主要因素。嵌管墙推荐采用外保 温，此时当水温明显低于室温时，嵌管应当尽量靠近室内壁面布置，以避免引起过多的室外壁面传热。当水温 明显高于室温时，嵌管应尽量靠近室外壁面布置。 ［关键词］自然能源；嵌管式墙体；数值模拟；冷负荷；建筑节能 0 引言 本文针对嵌管式墙体建立了数值计算模型，系 墙体等非透光围护结构在传统建筑中所占的面 统地研究了自然冷热源温度、室外温度和太阳辐射 积比例较大，其负荷是建筑负荷的重要组成部分。 强度等外界影响因素对该类墙体热工性能的影响。 改善其保温性能是降低非透光围护结构能耗的主流 并通过能耗对比分析，优化了布管位置，以期为工 途径，但这种途径可能不利于建筑在夏季较凉天气 程实践提供一定的指导。 和过渡季的自然冷却作用，因为在周围环境空气温 1 方法 度较低时，过度的隔热将减弱自然空气的免费供冷 1.1 物理模型 潜力。张晓亮和江亿等 [1] 通过建筑能耗模拟软件 本文研究中采用了传统墙体的典型结构，如图 DeST 分析了墙体保温性能对房间供热空调负荷的影 1 所示。嵌管墙完全参照传统墙体的结构做法 [4][5] ， 响，认为不能盲目地通过增加保温层厚度来达到节 由室内侧到室外侧其结构依次为：砂浆抹灰层、砖 能的效果，保温的效果在冷负荷较高的地区并不显 层、水管层、砖层、保温层、砂浆抹灰层，在两部 著。因此，目前亟需保温以外的节能措施。 分黏土砖之间增加一混凝土层固定水管。墙体材料 自然环境蕴含了多种多样的冷源，其中有部分 热工参数参考文献 [4] ，[5] ，参考《公共建筑节能设 冷源的温度在夏季部分时间低于围护结构温度，因 计标准》GB 50189–2015 ，北京地区墙体的综合导热 此利用自然冷源降低建筑围护结构冷负荷的方式日 系数取 0.6W/(m2 ·K)。所研究的墙体尺寸为 10m （长） ×4m ×0.395m 益受到重视。例如，近年来出现了通过在建筑外墙 （高） （厚），在厚度方向上的细部尺 中埋设水管来减少透过墙体的传热量的做法 [2] ，学 寸如图 1 所示，室内温度设为 26℃ 。 者们对其展开了初步研究。Xu[3] 等提出了在墙体和 屋顶埋设水管的做法，这种做法可充分利用自然环 室外侧 境低品位冷热源，并研究了相关传热模型和实际应 辐射 200 对流 0 用，结果表明若此种结构传热性能得到进一步提升，