建筑排风隔热外窗传热与节能特性研究.doc

建筑排风隔热外窗传热与节能特性研究外窗是建筑围护结构的重要组成部分,是围护结构中隔热能力最薄弱的环节,高效的外窗对建筑节能具有非常重要的意义,可以有效减少建筑空调负荷,改善室内自然采光,提升室内空气品质,为室内人员提供舒适的热环境和光环境,并尽可能避免对建筑美学形成干扰。本研究提出一种新型的建筑外窗结构排风隔热窗,其由三层玻璃、玻璃夹层间空腔层以及内置可调节遮阳百叶构成,该结构可以将室内空调排风送入玻璃夹层间的气流空腔最终排向室外,从而使外窗室内侧玻璃表面温度接近于室内空气温度。排风隔热窗可以充分利用空调排风的低品位能,减少外窗形成的空调负荷,同时可以有效地提高室内的热舒适性,达到排风热回收的效果。本文针对排风隔热窗结构,采用理论分析、数值计算和实验验证相结合的方法展开研究,围绕其传热过程、负荷特性、节能潜力以及改善室内热舒适性等方面进行了如下工作:(1)分析排风隔热窗的隔热机制和传热特性,采用区域模型法,通过单元能量平衡分析,建立排风隔热窗的二维传热数学模型,其中,利用界面能量平衡的原理,计算太阳辐射作用下排风隔热窗各结构层的光学性能参数。同时,搭建排风隔热窗测试实验台,开展其热特性的实验研究,利用实测数据验证模型建立过程中二维简化方法的正确性,同时利用实验测量结果与模拟计算结果进行比较,验证排风隔热窗传热数学模型本身的可靠性与正确性;同时进一步分析了本文建立传热模型的通用性,将该模型用于模拟通风式双层皮玻璃幕墙的传热过程,并与现有的实验数据进行比较。(2)以夏热冬冷地区气候特点为例,分析排风隔热窗的传热特点和负荷特性,并与Low-e玻璃和内置百叶中空玻璃进行比较。研究结果表明:排风隔热窗可以有效地减少室内侧玻璃表面和室内空气之间的温差,降低外窗在夏季工况的室内得热量和冬季工况的室内散热量,削弱室外气候变化对室内空调负荷的影响。(3)定量分析影响排风隔热窗的热工性能的主要因素,包括排风速度、空腔层厚度、百叶倾角、以及百叶材料表面反射率,讨论其最优的参数设计,同时研究不同室内空气参数对其冬季结露的影响。结果表明排风速度对排风隔热窗的热工性能有较大影响,而空腔层厚度对其热工性能并无显著影响,百叶倾角和百叶材料表面反射率对排风隔热窗整体的光学性能参数、以及对室内太阳辐射得热的控制起着至关重要的作用。(4)计算排风隔热窗在我国不同气候条件下的全年动态逐时负荷,并与内置百叶中空玻璃和Low-e玻璃进行了比较,研究其全年的能耗特性及节能潜力,并对排风隔热窗在不同气候区的适用性进行探讨,计算结果表明,排风隔热窗在不同气候条件下的节能效果均十分显著。(5)从室内空调排风利用的角度出发,考虑新风量和室外气象条件的影响,计算和比较排风隔热窗和常规热回收装置的热回收节能效果,分析在不同地区最优的排风热回收形式。研究结果表明,排风隔热窗在夏季工况的热回收节能效果明显优于常规热回收装置,而在冬季工况则出现相反的计算结果,同时,室内新风量对不同气候区最优的排风热回收形式有较大影响。(6)计算分析了排风隔热窗对室内热舒适性的影响,计算过程中考虑太阳辐射对平均辐射温度的影响,建立了太阳辐射作用下建筑外窗对室内热舒适性影响的评价方法,同时利用室内太阳辐射的传递光学模型,计算室内不同区域的太阳辐射强度分布,分析建筑外窗对室内不同区域热舒适性分布的影响。研究表明,排风隔热窗可以使外窗室内侧玻璃表面的温度非常接近于室内空气温度,从而减少外窗玻璃表面对室内人员冷/热辐射作用,同时,在夏季利用内置遮阳百叶可以避免太阳直射辐射的作用,从而提高室内人员的热舒适性。本课题针对排风隔热窗的节能特性、热舒适性改善及热回收特性等进行深入探讨,结果表明该结构外窗,具有较大的节能优势,并可改善室内环境的热舒适性,具有潜在的应用价值,本文所建立的方法和得出的结论可为建筑节能领域相关研究提供坚实的理论基础。