03建筑围护结构中热桥稳态传热计算研究
三种围护结构热桥传热特性数值论文
三种围护结构热桥传热特性数值分析【摘要】本文基于fluent软件，采用三维非稳态导热模型来模拟研究传统典型围护结构及节能建筑维护结构的传热特性，对比分析了室外环境温度周期性变化条件下，37墙、49墙及节能墙墙体热桥与主墙体处的传热规律。
对比分析表明，节能型围护结构具有温度衰减倍数大、延迟时间长、内表面温度高等优良的性能。
【关键词】数值模拟；围护结构；热桥传热特性；动态分析0.概述本文使用fluent软件及其相关技术、结合相关理论，尝试对传统建筑围护结构及节能建筑围护结构的热桥传热特性进行对比研究。
1.物理模型的建立及简化1.1物理模型的建立三种墙体主墙体均宽为3m，高为4m；窗宽为1.5m，高为1.6m；圈梁宽度为4m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；过梁宽度为2.5m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；外抹水泥砂浆厚与内抹石灰水泥砂浆均为0.02m；发泡聚乙烯苯板厚为0.08m；普通玻璃宽与高同窗一样，而厚为0.01m，节能中空玻璃宽与高同窗一样，厚度为0.02m。
坐标原点位于砖墙中心点，墙体模型如图1所示：图1 墙体模型1.2物理模型的简化（1）不考虑流体对墙体的辐射作用。
（2）仅以一面外墙作为研究对象，不考虑墙角处的柱。
（3）墙四周作为绝热壁面处理。
（4）室外温度按余弦函数变化，即：t=245+7×cos（2×3.14159×t/24×3600） (2.1)室内环境温度恒为291k(18℃)。
2.数值计算过程2.1 fluent模拟计算过程（1）在gambit软件中创立37墙、49墙及节能墙体的几何模型和网格模型，并指定边界。
（2）启动fluent求解器。
（3）在fluent中导入网格模型。
（4）检查网格模型是否存在问题。
（5）选用稳态非藕合隐式求解器。
（6）确定计算模型——三维非稳态导热方程。
（7）设置材料特性参数。
（8）设置边界条件。
（9）调整用于控制求解的有关参数。
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
注意： 注意： 不使用书中的单位，全部采用国际单位。 不使用书中的单位，全部采用国际单位。
2、求各层热阻 、
(1)钢筋混凝土空心板热阻 空： 钢筋混凝土空心板热阻R 钢筋混凝土空心板热阻 取计算单元，沿垂直热流方向分三层计算。 取计算单元，沿垂直热流方向分三层计算。 R1=R3=0.035/1.74=0.02 (m2K/W) 空气间层由空气层、钢筋混凝土、填缝组成。 空气间层由空气层、钢筋混凝土、填缝组成。 空气间层热阻0.16 (m2K/W), 空气间层热阻 钢筋混凝土热阻0.13/1.74=0.075 (m2K/W) 钢筋混凝土热阻 砂浆部分热阻 0.13/0.93=0.140 (m2K/W)
221112223ddqdq??221111jjjdddq??j1j?如图81设由三层平壁组成的围护结构平壁厚度分别为如图81设由三层平壁组成的围护结构平壁厚度分别为d1dd22d33导热系数分别为11223围护结构两侧空气及其它物体表面温度分别为t围护结构两侧空气及其它物体表面温度分别为tiittee设tiitee室内通过围二平壁的稳定传热过程护结构向室外传热的整个过程要经过三个阶段
d1 d2 d 3 + + λ1 λ2 λ3
=
θi −θe
R1 + R2 + R3
（7-4）
n层多层壁的导热计算公式： q = 层多层壁的导热计算公式：
θ1 −θn+1
∑R
j=1
n
j
各层接触面的温度： 各层接触面的温度：
θ2 = θ1 − q θ3 = θ2 − q
d1
λ1
d2
λ2
= θ1 − q(
减少辐射换热量， 减少辐射换热量，最有效的是在间层壁面吐贴辐射 系数小的反射材料，目前采用的主要是铝箔。 系数小的反射材料，目前采用的主要是铝箔。 在实际设计计算中，空气间层的热阻一般采用表8 在实际设计计算中，空气间层的热阻一般采用表8-2和表 所示计算数据。 8-3所示计算数据。
围护结构传热系数
一、围护结构热阻的计算1、单层结构热阻R=δ/λ A (K/w)式中：δ—材料层厚度（m）λ—材料导热系数[W/(m.k)]2、多层结构热阻A—平壁的面积，m2R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻（m2.k/w）δ1、δ2、---δn—各层材料厚度（m）λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)]二、围护结构的传热阻R0=Ri+R+Re式中: Ri —内表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.11）Re—外表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.04）R —围护结构热阻（m2.k/w）三、围护结构传热系数计算K=1/ R0 (w/(m2.k))式中: R0—围护结构传热阻外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/（m2.k）]Kp—外墙主体部位传热系数[W/（m2.k）]Kb1、Kb2、Kb3—外墙周边热桥部位的传热系数[W/（m2.k）] Fp—外墙主体部位的面积Fb1、Fb2、Fb3—外墙周边热桥部位的面积四、铝合金门窗的传热系数的计算Uw =（Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)式中:Uw —整窗的传热系数W/m2·KUg —玻璃的传热系数W/m2·KAg —玻璃的面积m2Uf —型材的传热系数W/m2·KAf —型材的面积m2Lg —玻璃的周长mΨg —玻璃周边的线性传热系数W/m2·K。
03建筑围护结构中热桥稳态传热计算研究
Re s e a r c h o n s t e a d y2s t a t e h e a t tr a nsf e r c a l c ul a ti o n
of t h e r m a l bri d g e i n b uil di n g e n v e l o p e s
度分布接近均匀 。 3 对比分析
图 4 和图 5 给出了两个试件热侧表面温度测 量值与计算值的对比结果 。表 2 和表 3 给出了热 侧表面温度最小值和传热系数的测量值与计算值 的比较结果 。
图 1 不带保温的测试试件 A
图 4 试件 A 热侧表面温度测量值与计算值的对比 (热室 :温度 18. 68 ℃, 相对湿度 64 % ;冷室 : 温度 - 12. 28 ℃)
收稿日期 :2006 - 09 - 20 一次修回 :2006 - 12 - 18 二次修回 :2007 - 06 - 04
·12 · 专题研讨 暖通空调 HV &A C 2007 年第 37 卷第 7 期
面结露 ,甚至发霉 ,影响室内卫生状况[1 - 3] 。此外 , 热桥处的热流强度大于围护结构主体部位 ,如计算 不合理 ,会导致通过建筑围护结构的传热耗热量计 算得过小 ,影响建筑节能计算精确度[6] 。因此 ,为 了更好地进行建筑围护结构热工计算及建筑能耗 分析 ,必须准确计算建筑围护结构中热桥内表面的 温度及通过热桥处的热流强度 。
根据国际标准[2 - 4 ] ,热桥部位定义为 : 非均匀 的建筑围护结构部分 ,该处的热阻被明显改变 ,由 于建筑围护结构被另一种不同导热系数的材料完 全或部分穿透 ,或者结构的厚度改变 ,或者内外表 面积不同 ,如墙体 、地板 、顶棚连接处 。
围护结构传热系数
围护结构传热系数一、围护结构热阻的计算1、单层结构热阻r=δ/λa(k/w)式中：δ—材料层厚度（m）λ—材料热传导系数[w/(m.k)]2、多层结构热阻a—平壁的面积，m2r=r1+r2+----rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn式中:r1、r2、---rn—各层材料热阻（m2.k/w）δ1、δ2、---δn—各层材料厚度（m）λ1、λ2、---λn—各层材料热传导系数[w/(m.k)]二、围护结构的传热阻r0=ri+r+re式中:ri—内表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.11）re—外表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.04）r—围护结构热阻（m2.k/w）三、围护结构传热系数计算k=1/r0(w/(m2.k))式中:r0—围护结构传热阻外墙受到周边热桥影响条件下，其平均值传热系数的排序km=(kpfp+kb1fb1+kb2fb2+kb3fb3)/(fp+fb1+fb2+fb3)式中:km—外墙的平均值传热系数[w/（m2.k）]kp—外墙主体部位传热系数[w/（m2.k）]kb1、kb2、kb3—外墙周边热桥部位的传热系数[w/（m2.k）]fp—外墙主体部位的面积fb1、fb2、fb3—外墙周边热桥部位的面积四、铝合金门窗的传热系数的排序uw=（af*uf+ag*ug+lg*ψg)/(af+ag)uw—整窗的传热系数w/m2·kug—玻璃的传热系数w/m2·kag—玻璃的面积m2uf—型材的传热系数w/m2·kaf—型材的面积m2lg—玻璃的周长mψg—玻璃周边的线性传热系数w/m2·k。
(建筑工程管理]建筑耗热量稳态算法分析
![(建筑工程管理]建筑耗热量稳态算法分析](https://img.taocdn.com/s3/m/c049f2e8fd0a79563c1e72d8.png)
（建筑工程管理）建筑耗热量稳态算法分析稳态计算方法计算建筑耗热量指标中的几个问题清华大学建筑节能研究中心燕达、张野、刘烨、李婷、吴如宏摘要规范[1]上给出的计算建筑耗热量指标的稳态算法，包括通过围护结构的传热耗热量、空气渗透耗热量、建筑内部得热三个方面，其中围护结构传热耗热量壹项计算复杂，对结果影响重大，是计算的关键。
本文就稳态算法中围护结构传热耗热量计算的几个影响因素进行分析，主要探讨地面传热量计算、太阳辐射得热量计算、围护结构传热系数计算三个问题，通过比较不同算法对之上问题的影响，研究稳态算法计算建筑耗热量指标的可应用性。
关键字稳态算法；围护结构传热耗热量1前言建筑耗热量指标是评价建筑能耗水平的重要指标，于规范[1]中通过建筑耗热量指标的稳态算法（以下简称稳态算法），计算1980~1981年通用设计的住宅的建筑耗热量指标，来确定节能前建筑能耗的基准水平的，同样通过规范上的稳态算法，能够计算设计建筑的耗热量指标，和基准水平对比，来评价设计建筑是否达到预定的节能目标。
由此可见，稳态算法的计算准确性对设计建筑是否能真正实现既定节能目标的关键，也是正确评价建筑采暖能耗水平的关键。
稳态算法中建筑耗热量指标由围护结构的传热耗热量、空气渗透耗热量、建筑内部得热量三个指标确定，其中，围护结构的传热耗热量计算最复杂，对结果影响重大。
本文就稳态方法中影响围护结构传热耗热量的几个因素进行分析，且通过建筑算例计算，探讨地面传热量计算、太阳辐射得热量计算、围护结构传热系数计算三个问题，研究稳态算法的计算准确性。
2地面传热计算地面传热量有三种常见计算方法：基于外温的地面平均传热系数法、基于地温的地面平均传热系数法、基于外温的地面划分地带计算法。
基于外温的地面平均传热系数法是采用室内外空气温度差，且利用对地面传热系数的修正来考虑地面通过土壤和室外空气换热的热阻；基于地温的地面平均传热系数法则不考虑室内地面通过土壤和室外空气的换热，直接采用室内温度和室外地温之差进行计算；而基于外温的地面划分地带计算法是考虑到室内热量通过地面传到室外的路程长短不同，而热阻也相应有所不同，因此对室内地面划分不同的地带，且采用不同的传热系数进行计算。
围护结构传热系数检测方法分析及应用探讨
围护结构传热系数检测方法分析及应用探讨摘要：摘要:随着国家对有关建筑工程质量验收要求的提高,并且关于建筑节能及绿色建筑法律法规及相关技术标准要求,对于建筑材料的热工数据检测也成为国家及地方验收标准的必检项目,建筑材料如何能在满足安全强度的大前提之下做到节能减排也成为各大材料生产厂家及施工单位的重点考虑要素。
基于此,对围护结构传热系数检测方法分析及应用进行研究，以供参考。
关键词：围护结构；传热系数；检测方法；应用引言现有研究大多以围护结构热工参数的理论值为基础,对墙体保温结构及材料、改造效果进行了研究,但对农村住宅建筑围护结构热工性能的实测研究以及改造优先性的研究较为缺乏,忽略了即有农村居住建筑的实际围护结构热工性能,从而影响改造后的实际效果。
1围护结构传热系数的热工意义对建筑的围护结构节能保温措施是否能够满足需要,可从其构造材质和防护主体的热工参数进行测试分析,热工参数主要为:导热系数、蓄热系数、热电阻、传热阻导温系数、传热系数。
传热系数是在稳态传热条件,当建筑围护结构二端的空气温度差约为1K(1℃)时,单位时间内透过单位平方米围护结构面积所能传导的热能,单元为W/(㎡K),同时传热系数还包括了建筑围护结构本身的砌筑构造,以及建筑构件二端空气层之间的热能传导性能。
传热系数与传热阻是倒数关系的,其传热阻与其建筑围护结构中的建筑材料导热系数和相关厚度有关,导热系数与导温系数及比热容有关,所以综合其计算方式可以知道建筑物中围护结构传热系数是判断其保温效果的最终参数之一。
传热系数是围护结构系统中热工性能的表现,许多实验也表明了围护结构传热系数的降低可以明显减少建筑能耗,通过达到良好的围护结构传热系数可以让建筑物在夏天及冬天减少空调能量的损失,降低其总体耗电量。
研究表明现代建筑空调耗电量的占比越来越大,如何有效利用及减少排放是当代绿色建筑重要的评价之一。
作为建筑表面积占比最大的围护结构如何能通过其构造、材料等多方面降低其传热系数从而达到节能环保，是建筑学中一项重要的研究课题之一。
围护结构传热原理与计算PPT78页
Higher temp
Lower temp
back
二、传热的三种基本方式
传热的动力是温差
导热（conduction）
1）导热的机理 当物体各部分之间不发生相对位移或不同的物体直接接触时，依靠
物质的分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传 递称导热。理论上在固体、液体、气体中均可发生。
四、围护结构周期性传热过程
单纯的稳定传热过程 单纯的外侧谐波作用过程 单纯的内侧谐波作用过程
五、衰减倍数和延迟时间的计算
Building Information Modeling 建筑信压力（湿空气总压力）：环绕地球的空气层对单位 地球表面积形成的压力p
西部荒漠区—银川生态民居示范规划设计
方案1 草砖墙体系、 被动太阳能采暖、自然通风技术
方案2 多孔砖保温体系、 太阳能供暖、自然通风技术
方案3 生土结构、 太阳能采暖与热水、
被动式降温技术
分别适应不同户型、面积和等级
（建筑节能率均为80%）
多孔砖、草砖墙 构造、石材基础
落成后实景
（4万余平方米）
➢ 渗风对空气层热阻的影响
思考：从辐射 换热的角度考 虑，空气层宜 设于围护结构 冷侧还是热侧？
降低间层平均 温度，减少辐 射换热量，宜 设于冷侧。
例1-6
三、围护结构内部的温度分布计算
qi q1 q2 q3 q
室内外空气温度一定，空气温度分布是平直线 表面边界层内的温度分布是曲线，当空气温度高于
表面温度时曲线上凸，反之，曲线向下凹 各材料层内部的温度分布是一条从高温界面到低温
界面的折线，折线的斜率与材料层热阻成正比
§1.3 围护结构周期性不稳定传热 原理与计算
建筑物理：建筑围护结构的传热计算和应用
3.1 建筑围护结构的传热过程
3.1.1建筑围护结构热转移方式 3.1.2围护结构的传热过程和传热量 3.1.3结构传热的两种方式
3.2 稳定传热
3.2.1）一维稳定传热特征 3.2.2）单层平壁的导热和热阻 3.2.3）平壁的稳定传热过程 3.2.4） 封闭空气间层的热阻 3.2.5）平壁内部温度的计算
1）求壁体内表面温度。 2）计算多层平壁内任一
层的内表面温度。 3）求壁体外表面温度
23
平壁内部温度的计算
1）求壁体内表面 温度。
2）计算多层平壁 内任一层的内表面 温度。
3）求壁体外表面 温度
i
ti
Ri Ro
ti te
n1
R i R j
n ti
qc 24ZqH/Hc12
qc采暖耗煤量 kg指 m2） 标标 （准煤
28
3.4 周期性不稳定传热
在建筑实践中真正的稳定传热是不存在的，围 护结构所受到的环境热作用是随时间变化的， 尤其是室外环境因不能进 行人工调节，所以 每时每刻都在变化。
外界热随时间发生变化时，维护结构内部的温 度和通过维护结构的热流量也将发生变化。若 外界热作用随时间出现周期性变化，这种传热 过程叫周期性不稳定传热。
q
ti 1
te d1
K0ti
te
i e
意义：当温差为1℃时， 在单位时间内通过平壁单 位面积的传热量。
17
计算平壁稳定传热的
几个物理量
可以查表的量：
q
1
ti
te d
1
K0ti
te
i e
αi 平壁内表面的换热系数 R i 平壁内表面的换热阻 R e 平壁外表面的换热阻 αe 平壁外表面的换热系数 计算的量
第二章 传热原理及计算
1.钢筋混凝土2.水泥砂浆3.两毡 三油防水层4.白灰粉刷5.砖砌体
第一节 稳定传热
解：已知ti=15℃,te=-10℃, Ri =0.11, Re =0.04 由附录1查得，砖砌体的λ=0.81，石灰粉刷的
λ=0.81，钢筋混凝土的λ=1.74，水泥砂浆的 λ=0.93，油毡屋面的λ=0.17 由式得 砖墙的总热阻: R 0.11 0.02 0.24 0.04 0.471m K / W
(15 10) 0.11 3.9℃ 0.248 (15 10) 2 15 (0.11 0.017) 2.2℃ 0.248 (15 10) 3 15 (0.11 0.017 0.022) 0℃ 0.248 (15 10) e 15 (0.248 0.04) 6.0℃ 0.248
第一节 稳定传热
三、平壁的稳定传热过程
传热过程——室内外热环境通过围护结构 而进行的热量交换，包含导热、对流以 及辐射换热方式 温度场不随时间变化的传 λ1λ2 λ3 热过程——稳定传热过程 设: ti > te 传热过程经历三个阶段
d1 d2
d3
第一节 稳定传热
1、内表面吸热
ti>θi ,内表面以对流和辐射的方式吸热
R [
F1 F2 ... Fn ( Ri Re )] Fn F1 F2 R0 (1) R0 ( 2 ) R0 ( n )
0.079 0.033 [ 0.15] 0.93 0.138(m 2 K / W) 0.079 0.033 0.349 0.225
第一节 稳定传热
五、平壁内部温度的计算
m 1 ti t e m ti ( Ri R j ) R0 j 1
建筑围护结构热桥研究现状
建筑围护结构热桥研究现状发布时间：2021-11-28T15:18:05.083Z 来源：《新型城镇化》2021年22期作者：郭秀峰[导读] 并应用其提供的计算软件分析了建筑围护结构“热桥”的传热情况，揭示了其传热规律。
呼和浩特市建筑工程有限责任公司内蒙古呼和浩特市 010000摘要：现阶段，我国以高昂的能源消耗为代价高速发展经济，对生态环境造成了不可忽视的影响。
随着人们节约能源、保护环境的意识增强和现代建筑理论与实践的发展，节能保温、健康舒适的木结构建筑得到人们的关注。
我国的建筑行业能耗高且耗材量大，减少建筑能耗、发展低碳建筑，是我国经济社会可持续发展的必由之路，同时为木结构建筑的发展提供了历史机遇。
在建筑总能耗中，大部分是由围护结构直接或间接引起的。
建筑围护结构是分隔空间、抵挡外界不良环境的构件，主要包含墙体、门窗、屋面等，通常具有保温隔热、防水防潮的作用。
在住宅建筑中，墙体面积通常占全部维护结构的60%以上，而热流损失占维护结构总能耗的60%～70%。
因此，研究木结构墙体的热工性能对减少木结构建筑能耗具有重要意义。
基于此，本篇文章对建筑围护结构热桥研究现状进行研究，以供参考。
关键词：建筑围护结构；热桥研究；现状引言热桥是建筑外壳的一部分，具有较高的传热、密度热通量和较低的室内表面温度。
对建筑物的节能效果非常不利，甚至导致建筑物部分凝结、发霉和脱落，影响建筑物的美观和安全。
近年来吸引了建筑设计师的注意。
本文根据JGJ26-2010《寒地住宅建筑节能设计标准》，提出了结构热背线传热系数的新概念和计算方法，并应用其提供的计算软件分析了建筑围护结构“热桥”的传热情况，揭示了其传热规律。
1热桥定义及分类热桥是在围护结构中使热流显著增加的部位。
热桥存在于墙角、阳台、屋顶、梁、柱等部位。
而在欧盟标准对热桥定义为：当穿墙材料与墙体材料不一致或围护结构的内外表厚度发生变化而形成热桥。
保温层通过锚栓固定在基层墙体，锚栓很细，但如果锚栓的导热系数较大，就会形成穿透保温的点状热桥，热量从锚栓部位向外额外流失。
围护结构的传热原理及计算
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作业：请设计北京地区一保温屋顶（R>2）， 并计算屋顶的总热阻和屋顶的温度分布。设 室内温度为18度，室外计算温度为-11度。见 P29。
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四、标准规定的基本节能计算 1、建筑物耗热量
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41
描述振幅衰减和相位延迟的物理量： 总衰减度：υ=Ae/Aif
Ae——室外温度振幅， Aif——室外温度作用引起的平壁内表
面温度振幅 ◆ 总延迟时间：ξo=τif。Max —–τe。Max ◆ 总相位延迟：φo=φif -φe
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2、周期热（简谐热）作用下材料和围护结 构的热特性指标。
木、塑料 单层窗
30—40 4.7
单框双玻窗 12
30--40 2.7
16
30--40 2.6
20--30 30--40 2.5
双层窗 100--140 30---40 2.3
单层+
单框双玻窗 100--140 30--40 2.0
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六、门的传热系数和传热阻
门框材料 门的类型
传热系数
K/[W/（m2。K）
R1= d1 /λ1， R2= d 2 /λ2 ，
R3= d3 /λ3 R= R1+R2 +R3
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重点
（3）用多层空气层。
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一一
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五 窗户的传热系数和传热阻
建筑围护结构传热测试实验报告
实验报告实验二建筑围护结构传热测试（综合性）试验时间：2013.06.17实验目的：围护结构的传热系数是建筑设计工作者在进行建筑热工设计时所需掌握的重要热工指标之一，对于一实际建成的建筑物，其围护结构的传热系数（热阻）不仅与组成的材料导热系数有关，而且与其构造，材料含湿态，砂浆性能和砌筑质量等有关。
因此要鉴定一幢建筑物的热工性能时，通常采取实测手段，而对围护结构的传热系数测试是主要的内容之一。
通过本实验了解实验原理，热电偶测温方式，热流计原理及使用，并能初步掌握建筑热工实测的基本方法。
实验装置及仪器：1、JTNT-C多通道温度热流测试系统2、JTRG-I建筑围护结构保温性能检测装置3、温度传感器4、热流传感器实验原理：围护结构在稳定温度场中，由于两壁面存在热传导的动力即温差，所以有热量将从围护结构内表面通过围护结构传导至围护结构外表面。
温差θi-θe：温差越大，热传导动力就越强，传导的热量就越多厚度d：厚度越大，热流传导过程中的路径就越长，遇到的阻力就越大，传导的热量就越少。
面积F：围护结构面积越大，传导的热量就越多。
时间τ：时间越长，传导热量积累就越多。
材料种类：材种不同，导热能力则不同。
表征此能力的热工量即导热系数λ。
实验过程：1、安装软件2、连接设备3、仪器设置4、开始实验，记录数据实验数据：建筑热工温度与热流检测记录表创建时间：2013-06-1711:31:42数据分析：由表中所示可以知道我们所采用的实验围护结构的内表面换热阻是0.11，外表面换热阻是0.04，热阻为0.581，传热系数为1.368.心得体会：通过本实验的测定与验证，让我们对建筑物的围护结构有了进一步的认识和研究，虽然叫做建筑围护结构，但是它所起到的作用就不仅仅是围护而已，还有保温防寒等一系列作用。
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L 2D 是计算的关键 ,为了准确计算得到 L 2D ,必须进 行二维传热计算 ,对于复杂的建筑围护结构热桥 , 是无法进行手工计算的 。因此 ,本文第二作者开发 了 一 套 计 算 软 件 P TDA ( planar temperat ure dist ributio n and analysis) ,该软件是一套基于有限 容积法的二维稳态传热计算工具 ,通过输入围护结 构图形 ,确定边界条件和划分网格 ,软件可自动进 行离散 ,完成稳态传热计算 ,从而得到热桥表面温 度和热流强度 。
暖通空调 HV &A C 2007 年第 37 卷第 7 期 专题研讨 ·11 ·
建筑围护结构中热桥 稳态传热计算研究 3
西安建筑科技大学 闫增峰 ☆ 中国建筑科学研究院建筑物理研究所 林海燕 周 辉 刘月莉
摘要 在实验室进行了稳态传热条件下热桥表面温度和热流强度的测试实验 ,将实验结 果分别与二维稳态传热模拟软件 P TDA 的模拟计算结果及我国现行标准中规定的一维简化方 法的计算结果进行了对比 。结果表明 ,P TDA 的模拟结果较精确 ,而现行标准中的简化方法的 误差较大 ,应及时修订 。
By Yan Zengfeng ★ , Lin Haiyan , Zhou Hui and Liu Yueli
A bs t r a ct Tests t he surf ace te mp e rat ure a nd heat f low rate p e r unit area of t he t her mal bridge i n stea dy2 st ate heat t ra nsf e r condition i n a la borat ory. Comp ares t he exp eri me nt al results wit h t h ose f r om t he si mulation usi ng a tw o2di me nsi onal stea dy2st ate heat t ra nsf e r s of twa re —P TD A ( p la na r te mp e rat ure dist ribution a nd a nalysis) a nd t he calculation by t he one2di me nsional si mplif ie d met hod def i ned i n t he cur re nt design codes of China . The result s hows t hat t he simulation results by t he P TDA sof twa re agree well wit h t he exp e ri me nt al results , a nd t hat t he calculation results by t he si mplif ied met h od a re not suff icie ntly accurate a nd t he cur re nt design codes s hould be revise d in time .
件 A 和 B 放置在中国建筑科学研究院建筑物理研 究所的人工调控的带有热室和冷室的防护热箱中 。
该防护热箱装置设计满足国家标准规定[13] ,每年 标定一次 ,并通过国家建筑工程质量监督检验中心 的年审 。建筑围护结构主体为加气混凝土砌筑 ,尺 寸为 1 000 mm ×290 mm ×1 200 mm (长 ×宽 × 高) ; 在 试 件 正 中 预 埋 H 型 钢 构 件 , 尺 寸 为 200 mm ×200 mm ×1 200 mm (长 ×宽 ×高) 。主 体试件表面为水泥砂浆 ,但试件 B 在 H 型钢冷侧 表面作 EPS (聚苯乙烯泡沫塑料) 保温处理 ,即外 保温处理 。两组试件如图 1 和图 2 所示 。试件中
国际标准中引入了热桥的线传热系数的概念 , 线传热系数 Ψ 利用下式计算[2 ,4 ] :
∑ Ψ = L 2D -
Uili
(1)
式中 L2D为线性耦合系数 ,W/ ( m ·K) ,由二维传
热计算得到 ;U i为建筑围护结构第 i 部分的一维传 热系数 ,W/ ( m2 ·K) ; li 为二维计算模型中传热系 数 U i值对应的围护结构长度 ,m 。
度分布接近均匀 。 3 对比分析
图 4 和图 5 给出了两个试件热侧表面温度测 量值与计算值的对比结果 。表 2 和表 3 给出了热 侧表面温度最小值和传热系数的测量值与计算值 的比较结果 。
图 1 不带保温的测试试件 A
图 4 试件 A 热侧表面温度测量值与计算值的对比 (热室 :温度 18. 68 ℃, 相对湿度 64 % ;冷室 : 温度 - 12. 28 ℃)
图 2 带有外保温的测试试件 B
表 1 试件中所用建筑材料的热工参数[5]
材 料 加气混凝土
导热系数λ/ 比热容 c/ 密度ρ/ ( W/ ( m ·K) ) (J / ( kg ·K) ) ( kg/ m3)
0. 19
1 050
500
水泥砂浆
பைடு நூலகம்
0. 93
1 050
1 800
H 型钢 E P S ( 聚苯乙烯泡沫塑料)
由于我国建筑围护结构保温性能较差 ,加之人 们生活水平的不断提高 ,建筑能耗占我国总商品能 耗的比例在不断增加 ,目前已经超过 27 %[10] 。因 此 ,提高建筑围护结构保温水平 ,减少建筑能耗已 经成为建筑行业的一项重要任务 。随着我国建筑 节能工作的不断深入 ,特别是建筑节能 65 %目标 的提出[8] ,外墙内 、外保温技术的应用日益广泛 。 而目前绝大部分建筑能耗计算方法和软件都采用 一维传热模型计算围护结构耗热量[9] ,无法计算热 桥附加能耗 ,对热桥引起的建筑能耗增加量的计算 成为建筑节能技术的关键问题 ,迫切需要对各种建 筑节能构造技术中的热桥进行定量分析 。
★ Xi’an University of Archit ecture & Technology , Xi’an , China
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0 引言 在建筑围护结构热工计算中 ,通过围护结构的
传热通常按照一维传热计算 ,这是因为 ,建筑围护 结构两侧承受温差传热作用 ,沿厚度方向的温度变 化远大于高度或宽度方向的温度变化[1] 。然而 ,在 实际建筑围护结构中 ,二维和三维传热普遍存在 , 这就产生了所谓的建筑围护结构中的热桥[1] 。
我国现行建筑热工设计规范和建筑节能设计 标准分别于 1993 年和 1995 年颁布 ,在这两个标准 中采用面积加权平均的方法计算热桥传热系 数[5 - 6 ] 。10 多年过去了 ,随着建筑围护结构材料 的更新和保温水平的不断提高 ,这两个标准中介绍 的方法的局限性逐渐显现 。可以证明 ,随着保温层 厚度的增加 ,建筑围护结构保温性能越好 ,热桥的 影响就越大 。研究表明 ,在目前建筑围护结构保温 水平情况下 ,上述计算方法的误差可达到 10 %～ 30 %[7] ,而在 10 年前 ,上述计算方法的误差则小于 10 %[6] 。工程实践和检测都表明 ,在保温性能较好 的节能建筑中 ,热桥的附加耗热量损失占建筑围护 结构能耗的比例在增大[8 - 9 ] 。
本文主要介绍了热桥模拟计算结果与实验测 试结果的对比分析 。利用本文第二作者开发的二 维模拟计算软件计算了热桥温度分布和传热系数 , 在实验室进行了热桥稳态传热实验 ,实验测试结果 与模拟计算结果的对比结果证明了模拟软件的精 确性 。本研究为我国建筑节能设计标准的制定提 供了科学基础 。 1 研究方法
从 20 世纪 60 年代开始 ,考虑到建筑围护结构 对建筑能耗及结构耐久性的影响 ,学者们对热桥传
热计算方法开展了深入研究[11 - 12 ] 。虽然关于热桥
对建筑能耗影响的动态计算方法仍在不断深化 ,但
是在国际标准中介绍的稳态计算方法已经能够比
较精确地获得热桥的表面温度和通过热桥的热流
强度[2 - 4 ] 。
收稿日期 :2006 - 09 - 20 一次修回 :2006 - 12 - 18 二次修回 :2007 - 06 - 04
·12 · 专题研讨 暖通空调 HV &A C 2007 年第 37 卷第 7 期
面结露 ,甚至发霉 ,影响室内卫生状况[1 - 3] 。此外 , 热桥处的热流强度大于围护结构主体部位 ,如计算 不合理 ,会导致通过建筑围护结构的传热耗热量计 算得过小 ,影响建筑节能计算精确度[6] 。因此 ,为 了更好地进行建筑围护结构热工计算及建筑能耗 分析 ,必须准确计算建筑围护结构中热桥内表面的 温度及通过热桥处的热流强度 。
根据国际标准[2 - 4 ] ,热桥部位定义为 : 非均匀 的建筑围护结构部分 ,该处的热阻被明显改变 ,由 于建筑围护结构被另一种不同导热系数的材料完 全或部分穿透 ,或者结构的厚度改变 ,或者内外表 面积不同 ,如墙体 、地板 、顶棚连接处 。
3 国家自然科学基金资助项目 (编号 :50408013) ,陕西省教育
关键词 围护结构 热桥 二维稳态传热 实验 模拟软件 一维简化方法
Re s e a r c h o n s t e a d y2s t a t e h e a t tr a nsf e r c a l c ul a ti o n
of t h e r m a l bri d g e i n b uil di n g e n v e l o p e s
建筑围护结构中的热桥会改变建筑结构的温 度分布和通过结构的热流强度 。在冬季 ,热桥处内 表面的温度低于围护结构主体部位 ,常常会导致表
3 ☆ 闫增峰 ,男 ,1969 年 10 月生 ,博士研究生 ,工学博士 ,副教 授 710055 西安建筑科技大学建筑学院 (029) 82202943 E2mail : zfyan @263. net