节能建筑围护结构热质耦合传递原理及其对能耗的影响研究

The moisture content and its transfer in porous materials of energy-saving building envelope would affect envelope insulation performance, especially for new-completed building with high initial moisture content. In cold serious area, if the moisture freezes, there would be greater effect on insulation performance and energy consumption of building envelope. The item is focus on the envelope heat and moisture coupled transfer of new-completed building in typical climate area of China. The high initial moisture content, the moisture freezing, and the moisture content discontinuity at interface of multilayer porous media envelope are considered. The heat and moisture coupled transfer model of building envelope would built through theoretic analysis and experiment validation. And also the factors that affect heat and moisture coupled transfer was analyzed. Then the whole building heat and moisture coupled transfer model was built considering the envelope heat and moisture coupled transfer with indoor mass and energy banlance. The effect on building energy (heating energy and air-conditioning energy) was analyzed. Moreover also the reason of high energy consumption, cold and damp indoor environment of new-completed building would be analyzed to explore effective method for improving the energy-saving building indoor environment. The item would consummate the study on heat and moisture transfer of building envelope. It will provide basic research data for promoting building energy-saving further and special building design with high demand on building indoor environment.

节能建筑围护结构多孔材料内的含湿量及其扩散影响围护结构保温性能，特别是对初始含湿量较大的新建建筑。在严寒地区，若围护结构保温层内含湿量结冰，对围护结构的保温性能及建筑能耗的影响更大。本项目对中国典型气候区新建节能建筑围护结构的热质耦合传递原理进行研究，考虑新建建筑围护结构内高初始含湿量、含湿量结冰以及层间界面含湿量不连续等情况，通过理论分析及实验验证，建立适合建筑围护结构的热质耦合传递模型,并通过模拟分析围护结构热质耦合传递的影响因素。已实验验证的围护结构热质耦合传递模型与室内外环境建立节能建筑热质耦合传递综合模型，通过模拟分析围护结构的热质耦合传递对建筑能耗（包括供暖能耗和空调能耗）的影响，探索新建建筑高耗能及室内阴冷潮湿不舒适的原因并提出改善的有效方法。本项目将完善围护结构的热质耦合传递理论，为进一步推动建筑节能以及对要求较高的特殊建筑的设计提供新思路。

对建筑能耗的细化研究是推广建筑节能的理论基础，围护结构的热质耦合传递是建筑负荷进一步精确化研究中的重要因素之一。本项目通过对中国典型气候区新建节能建筑围护结构的热质耦合传递原理进行研究，考虑了新建建筑围护结构内高初始含湿量、含湿量结冰以及层间界面含湿量不连续等情况，并通过理论分析及实验验证，建立新建建筑围护结构的热质耦合传递模型；项目建立了单层新建建筑围护结构热质耦合传递的测试实验台，测试实验材料的热物性参数，实时测量新建建筑围护结构表面及内部温湿度及含湿量变化情况，实验测试历时512天，探索围护结构内外实际气候环境下其内部温湿度、含湿量的迁移、变化规律；建立节能建筑热质耦合传递综合模型，通过模拟分析围护结构的热质耦合传递对建筑房间能耗的影响，并对比了围护结构建筑材料不同的材料设置、不同的初始含湿量对围护结构的保温性能及能耗的影响；本项目还经过分析及实验测试简化多孔建筑材料湿状态热物性参数的影响因素，建立一种由固体骨架和湿状态热物性参数函数的联合描述的建筑材料多孔介质热物理性质参数的表达方式。经过模拟和实验研究发现新建建筑围护结构第一年尤其是前几个月，内外表面的散湿量较大，室内湿负荷最高，体积含湿量下降也最为明显，内外表面首先得到干燥，但新建建筑进入准稳态之前的干燥过程需要4到6年时间，其平均的体积含湿量呈螺旋式降低。干燥过程中传热系数也逐年降低，保温性能增加，围护结构墙体的冬季热负荷前三年的变化较明显，第四年时墙体的供暖负荷已经达到稳定状态，若以第十年为对比标准，模拟房间建筑供暖负荷最大值第一年将增加4%，其中围护结构将增加13.2%；在保温层的内侧增加隔汽层对围护结构主体炉渣混凝土砌块的干燥影响不大，但却能最大程度地避免了保温层内侧受潮，可降低围护结构能耗；在保温层的外侧增加空气层对严寒地区新建建筑围护结构的干燥过程影响不明显；在新建建筑围护结构内表面粘贴墙纸和外表面粘贴釉面砖，非常不利于围护结构的干燥，围护结构能耗较大，但若经过一年的干燥后再粘贴釉面砖，对冬季供暖能耗的影响则不大。可见。节能建筑围护结构内的含湿量及其扩散影响围护结构保温性能，特别是对初始含湿量较大的新建建筑。在严寒地区，若围护结构保温层内含湿量结冰，对围护结构的保温性能及建筑能耗的影响更大，本项目将完善围护结构的热质耦合传递理论，为进一步推动建筑节能以及对要求较高的特殊建筑的设计提供新思路。