建筑外墙气流外渗隔热机制研究

This project proposes a noval thermal insulation mechanism for building envelope wall. The wall is composed mainly of porous material,ventilation channel and external structure. When exhaust air is induced to flow through the porous material,and eventually to the outside through the air channel,conduction heat flow into room can be taken back in the porous material by the exfiltration exhaust air.The complex heat transfer process in the wall will be modeled, and numerical approach be employed to solve the inter-connected heat and mass transfer equations. The boundary conditions include room air temperature at set point of heating or cooling, transient outside air temperature and solar radiaiton. Parameters of the models mainly include the thichness and the thermal physical properties of the porous material, the width of the air channel, thickness and the heat resistance of the exterial structure, and etc.. The key variable that influence the insulation effect is the air filtration velocity. Numerical method will be used for the solution of the model. Experiment will be carried out for validating the model and their accuracy. Solutions of the model will be used to calculate the thermal characteristics of the wall including its thermal resistance,temperature decay factor,and time delay. Its effect on the cooling and heating load and thermal comfortability will also be quantified. Energy saving potential will be compared with conventional heat recovery techniques, and criterion on which to prefer will be investigated concerning the climatic factor. The study will provide fundamental theory and analysis tool for the novel wall insulation mechnism. Basic data will also be suppled for possible engineering application.

项目提出一种有多孔渗透材料层、通气空腔、外部保护结构构成的复合墙体结构，通过由排风顺序渗透流过多孔材料层、排风空腔到室外，形成以多孔材料中的气流外渗为核心的新的隔热机制。以室外综合温度外扰和室内供冷/供热设定温度为边界条件，以多孔材料层的厚度和导热系数、空腔尺寸、外结构层热物性等为主要参数，以气流渗透速度为主要变量，建立复合墙体内的动态传热过程模型，利用数值传热计算手段和实验验证的研究方法，对气流外渗墙体的热阻、衰减系数等热工性能，以及墙体的负荷特性进行参数分析，厘清主要影响因素，定量研究其节能效率、对外墙室内侧表面温度的影响以及对热舒适性的贡献，并与常见的热回收技术进行对比研究，探讨该技术的适用气候条件，为工程应用提供基础理论、分析手段和基础数据。

本项目提出一种新型的建筑外墙结构：排风隔热墙，该墙体结构由可透气的多孔材料层、夹层空腔层、以及外保护层构成。在新风系统室内正压或是机械排风风机的作用下，室内空调排风流经多孔材料层，进入夹层空腔，最终排向室外，外渗的室内空调排风使排风隔热墙的室内侧表面温度始终极为接近于室内空气温度，从而有效地减少外墙形成的空调负荷，提高室内热舒适性，形成以多孔材料中气流外渗为核心的新的隔热机制。排风隔热墙同时也可以被视为一种建筑排风热回收技术。本项目针对排风隔热墙结构，采用理论分析、数值计算和实验验证相结合的方法开展研究，围绕其传热特性、负荷特性、节能潜力以及改善室内热舒适性等方面进行深入的研究。.建立排风隔热墙的稳态传热模型、非稳态传热模型、简化RC模型、以及频域有限差分模型，分析排风隔热墙的隔热机制和传热特性。搭建排风隔热墙测试实验台，开展其热特性实验研究，将实验测量结果和模拟计算结果进行比较，验证排风隔热墙传热数学模型的可靠性和准确性。定量分析影响排风隔热墙的热工性能的主要因素，包括排风渗流速度、空腔层厚度、多孔材料层厚度、多孔材料的选择，讨论其最优的参数设计。结果表明提高排风渗流速度、以及增加空腔层厚度可以显著的提高排风隔热墙的热工性能，此时通过排风隔热墙体结构进入室内的热量趋近于零。相比于常用的普通砖墙和外保温墙，排风隔热墙可以有效地减少室内侧玻璃表面和室内空气之间的温差，降低外墙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。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墙和常用新风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。.本项目研究结果表明，排风隔热墙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，本项目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。