夏热冬冷地区不同构造形式外墙动态传热特性分析
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关 键 词 夏热冬冷地区外墙构造形式热过程特性空调运行模式瞬时传热量
Analysis of dynamic heat transfer characteristics of external walls with different insulation forms in hot summer and cold winter zone
Keywords hot summer and cold winter zone, external wall insulation form, thermal process characteristic, air conditioning operation mode, instantaneous heat transfer
实 验 测 试 参 数 主 要 有 ：墙 体 试 件 内 外 表 面 温 度 、冷箱和计量箱中距离试件表面约100 m m 处流 体的温度，采 用 3 6 根 数 字 温 度 传 感 器 （DS18B20, 测 量 范 围 一 5 5 〜 125 °C，测 量 精 度 0. 125 X： (—30〜85 •0,分 辨 率 0.062 5 。0 测 量 。
By Xu L u* and Dபைடு நூலகம்ng Yong
Abstract The study on heat transfer processes for external walls under boundary conditions in hot summer and cold winter zone can provide a reference for the thermal performance design of walls to meet the demands of different dynamic thermal environments in the region. Quantifies the thermal processes, instantaneous and cumulative heat transfer of four wall constructions under different air conditioning intermittent operation modes. The results show that the response rate of the internal wall surface temperature to the indoor air temperature for the internally insulated wall is the fastest, followed by the sandwich insulated wall, the self-insulated wall and the externally insulated wall. The characteristics of the building thermal process are different between the intermittent and continuous operation modes of the air conditioning, which leads to different energy saving paths and application scope of energy-efficient indoor thermal environment creating technologies in the intermittent operation mode from those in the continuous operation mode. The air conditioning operation mode has a significant effect on the instantaneous heat transfer through the external wall during the air conditioning operation period, so the operation mcxle of the heating or cooling equipment should be fully considered when analysing the heat transfer characteristics of the wall.
界条件下的热工特性动态变化的考虑，因此如用这 些模拟软件进行短周期的能耗模拟，其结果准确性 值得考究。而在笔者所在课题组的前期研究中，由 于测试条件的局限性，所搭建的测试平台将3 种不 同构造形式墙体置于测试房间的同一面外墙，这样 室内温度为室外综合温度波同时经3 种墙体衰减 后 的 状 态 ，使 得 采 用 该 测 试 平 台 得 出 的 通 过 外 墙 传 人/传出室内的热量并不能反映该地区实际某一种 构造形式外墙的传热特性。
因此，本文利用实验研究的方法，对夏热冬冷 地 区 6 种真实空调间歇运行模式下不M 构造形式 墙 体 的 传 热 过 程 ，以及通过 墙 体 的 瞬 时 传 热 量 与 累
计传热量进行量化分析，为该地区构建适宜的建筑 外墙构造提供理论基础。 1 研究方法 1 . 1 实验平台
本研究实验测试是为了得出夏热冬冷地区6 种真实空调间歇运行模式下不同构造形式墙体的 两侧表面及周围空气温度场，为分析不同构造形式 墙体的传热过程与传热量提供基础数据。
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暖 通 空 调 HV&AC 2021年 第 5 1 畚 第 6 期
学术探讨
0 引言 目前，我国建筑运行总商品能耗已占全国能源
消 耗 总 量 的 20% [1]，通过降 低 建 筑 能 耗 来 实 现 节 能 减 碳 ，是 降 低 社 会 总 能 耗 的 重 要 突 破 口 。而相关 研究表明，通 过 建 筑 围 护 结 构 可 节 能 2 5 % 左右M ， 是 建 筑 节 能 减 碳 的 重 要 组 成 部 分 。受 历 史 条 件 、政 策等多方面的影响.夏热冬冷地区不同类型建筑在 冬 、夏季存在供暖、空调系统连续运行、间歇运行等 不 同 运 行 模 式 ，使 得 该 地 区 建 筑 非 透 明 围 护 结 构 两 侧 传 热 边 界 条 件 远 远 复 杂 于 仅 按 单 季 节 、单向 传 热 或近似稳态传热来考虑的北方集中供暖地区，也导 致该地区建筑外墙的传热特性不同于北方地区。 由此在进行该地区建筑热环境营造时，如果仅从热 环 境 营 造 的 某 单 一 过 程 人 手 ，而 不 从 建 筑 热 过 程 整 体考虑分析技术的节能路径与适用性，将无法保证 预期节能效果M 。因此，分析该地区建筑外墙的传 热特性，可为指导该地区满足不同热环境需求的外 墙 热 工 性 能 设 计 提 供 理 论 研 究 基 础 ，也 是 该 地 区 构 建适宜的室内热环境营造技术的基础。
★ Chongqing University, Chongqing, China
* 国家重点研发计划子课题“竹木建造体系民居环境物理性能 提升集成技术研发示范”(编号:202〇YFD1100705-04),国家自然科 学基金项目“基于室内声-光-热物理环境下的人体综合反应模型 研究”(编号：51978095)
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☆ 续 璐 ，女 ，1990年 3 月生，在读博士研究生 △ 丁勇（通信作者）
4 0 0 0 4 5 重庆市沙坪坝区沙正街174号重庆大学土木工程学院 E-mail ：dingyongqq@ 163. com 收稿日期:2021-02- 07 修回日期：2021-03-30
本 研 究 在 稳 态 热 箱 测 试 法 的 测 试 标 准 EN ISO 8990: 1994[9]和 A STM C 1363-l l [1°]基 础 上 ， 搭建了动态热箱实验测试平台（如 图 1 所示），用以 营造与夏热冬冷地区墙体实际传热过程的边界条 件 较 为 相 近 的 室 内 侧 、室 外 侧 热 环 境 。动态热箱实 验 测 试 平 台 的 动 态 测 试 原 理 见 文 献 [ 11]。实验测 试平台中，墙体试件两侧为处理至设定状态的冷、 热流体介质，采 用 对 流 换 热 的 方 式 与 墙 体 进 行 换 热;冷箱和计量箱中的导流屏用于屏蔽对墙体试件 的辐射作用，并在试件表面形成稳定流动的气流组 织 。该实验平台所在实验房间设置了空调系统，可 以控制实验室房间温度和湿度，从而减少室外环境 对箱体内环境的影响。
学术探讨
暖 通 空 调 HV&AC 2 0 2 1 年 第 5 1 卷 第 6 期
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[引用本文]续璐，丁勇.夏热冬冷地区不同构造形式外墙动态传热特性分析[ J ] . 暖通空调，2021,51(6) :2 1 -2 8 ,127
夏热冬冷地区不同构造形式外墙
动 态 传 热 特 性 分 析 >:
重庆大学国家级低碳绿色建筑国际联合研究中心绿色建筑与人居环境 营造教育部国际合作联合实验室续璐^ 丁 勇 &
已有学者对夏热冬冷地区间歇制冷、间歇供暖 条 件 下 ，不 同 构 造 形 式 墙 体 的 动 态 热 过 程 进 行 了 研 究 。高珂指出在夏热冬冷地区一天内空调间歇运 行模式下，内 保 温 墙 体 的 节 能 效 果 优 于 外 保 温 墙 体[4];朱 岩 岩 指 出 在 夏 热 冬 冷 地 区 间 歇 制 冷 、间歇 供暖条件下，内 保 温 墙 体 比 外 保 温 墙 体 全 年 节 能 1 0 % 左右[5];牟林森指出在夏热冬冷地区内外组合 保温外墙的节能性优于内保温墙体及外保温墙体， 并得出使得全寿命周期成本最低的内外组合保温 墙 体 的 内 侧 保 温 层 厚 度 为 20 n u n ,外侧保温层厚 度 为 40 mmW。笔者所在课题组前期分析了夏热 冬冷地区夏季室内间歇制冷状态及自然室温状态 下外保温、内保温和自保温3 种墙体的动态热工性 能 ，得出在间歇制冷条件下，外保温墙体的隔热性 能 最 好 ，墙 体 内 表 面 温 度 峰 值 最 低 ;在 自 然 室 温 状 态 下 . 内 保 温 墙 体 的 隔 热 性 能 最 好 ，墙 体 内 表 面 温 度峰值最低[2+ 8]。总 结 来 看 ，现 有研究仅对不同 构 造 形 式 墙 体 在 间 歇 制 冷 、间 歇 供 暖 条 件 下 的 节 能 特 性 进 行 了 研 究 ，而 对 不 同 构 造 形 式 墙 体 传 热 特 性 的 研 究 不 足 ；并 且 当 前 能 耗 模 拟 软 件 ，如 E n e rg y P lu s等 ，多是针对长周期的能耗模拟，在模 拟 软 件 设 置 时 ，围 护 结 构 传 热 数 值 模 型 均 按 稳 态 热 工 性 能 参 数 考 虑 ，但 由 于 缺 乏 对 墙 体 在 动 态 传 热 边
摘 要 研 究夏热冬冷地区传热边界条件下外墙的传热过程，可为该地区满足不同动态热 环境需求的墙体热工性能的设计提供参考。通过对该地区不同空调间歇运行模式下4 种构造 形式墙体的热过程、瞬时与累计传热量进行量化分析，得 出 4 种构造形式墙体的内表面温度对 室 内 空 气 温 度 变 化 的 响 应 速 率 从 快 到 慢 依 次 为 ：内 保 温 墙 体 、夹 心 保 温 墙 体 、自 保 温 墙 体 、外保 温墙体。经进一步分析得到：在空调间歇运行模式与连续运行模式下建筑热过程特性不同.导 致 间 歇 运 行 模 式 下 室 内 热 环 境 营 造 技 术 的 节 能 路 径 与 适 用 范 围 不 同 于 连 续 运 行 模 式 ；空调运 行 模 式 对 空 调 运 行 时 段 通 过 外 墙 的 瞬 时 传 热 量 有 显 著 影 响 ，在 进 行 墙 体 传 热 特 性 分 析 时 应 充 分考虑供暖或空调设备的使用模式。
Analysis of dynamic heat transfer characteristics of external walls with different insulation forms in hot summer and cold winter zone
Keywords hot summer and cold winter zone, external wall insulation form, thermal process characteristic, air conditioning operation mode, instantaneous heat transfer
实 验 测 试 参 数 主 要 有 ：墙 体 试 件 内 外 表 面 温 度 、冷箱和计量箱中距离试件表面约100 m m 处流 体的温度，采 用 3 6 根 数 字 温 度 传 感 器 （DS18B20, 测 量 范 围 一 5 5 〜 125 °C，测 量 精 度 0. 125 X： (—30〜85 •0,分 辨 率 0.062 5 。0 测 量 。
By Xu L u* and Dபைடு நூலகம்ng Yong
Abstract The study on heat transfer processes for external walls under boundary conditions in hot summer and cold winter zone can provide a reference for the thermal performance design of walls to meet the demands of different dynamic thermal environments in the region. Quantifies the thermal processes, instantaneous and cumulative heat transfer of four wall constructions under different air conditioning intermittent operation modes. The results show that the response rate of the internal wall surface temperature to the indoor air temperature for the internally insulated wall is the fastest, followed by the sandwich insulated wall, the self-insulated wall and the externally insulated wall. The characteristics of the building thermal process are different between the intermittent and continuous operation modes of the air conditioning, which leads to different energy saving paths and application scope of energy-efficient indoor thermal environment creating technologies in the intermittent operation mode from those in the continuous operation mode. The air conditioning operation mode has a significant effect on the instantaneous heat transfer through the external wall during the air conditioning operation period, so the operation mcxle of the heating or cooling equipment should be fully considered when analysing the heat transfer characteristics of the wall.
界条件下的热工特性动态变化的考虑，因此如用这 些模拟软件进行短周期的能耗模拟，其结果准确性 值得考究。而在笔者所在课题组的前期研究中，由 于测试条件的局限性，所搭建的测试平台将3 种不 同构造形式墙体置于测试房间的同一面外墙，这样 室内温度为室外综合温度波同时经3 种墙体衰减 后 的 状 态 ，使 得 采 用 该 测 试 平 台 得 出 的 通 过 外 墙 传 人/传出室内的热量并不能反映该地区实际某一种 构造形式外墙的传热特性。
因此，本文利用实验研究的方法，对夏热冬冷 地 区 6 种真实空调间歇运行模式下不M 构造形式 墙 体 的 传 热 过 程 ，以及通过 墙 体 的 瞬 时 传 热 量 与 累
计传热量进行量化分析，为该地区构建适宜的建筑 外墙构造提供理论基础。 1 研究方法 1 . 1 实验平台
本研究实验测试是为了得出夏热冬冷地区6 种真实空调间歇运行模式下不同构造形式墙体的 两侧表面及周围空气温度场，为分析不同构造形式 墙体的传热过程与传热量提供基础数据。
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暖 通 空 调 HV&AC 2021年 第 5 1 畚 第 6 期
学术探讨
0 引言 目前，我国建筑运行总商品能耗已占全国能源
消 耗 总 量 的 20% [1]，通过降 低 建 筑 能 耗 来 实 现 节 能 减 碳 ，是 降 低 社 会 总 能 耗 的 重 要 突 破 口 。而相关 研究表明，通 过 建 筑 围 护 结 构 可 节 能 2 5 % 左右M ， 是 建 筑 节 能 减 碳 的 重 要 组 成 部 分 。受 历 史 条 件 、政 策等多方面的影响.夏热冬冷地区不同类型建筑在 冬 、夏季存在供暖、空调系统连续运行、间歇运行等 不 同 运 行 模 式 ，使 得 该 地 区 建 筑 非 透 明 围 护 结 构 两 侧 传 热 边 界 条 件 远 远 复 杂 于 仅 按 单 季 节 、单向 传 热 或近似稳态传热来考虑的北方集中供暖地区，也导 致该地区建筑外墙的传热特性不同于北方地区。 由此在进行该地区建筑热环境营造时，如果仅从热 环 境 营 造 的 某 单 一 过 程 人 手 ，而 不 从 建 筑 热 过 程 整 体考虑分析技术的节能路径与适用性，将无法保证 预期节能效果M 。因此，分析该地区建筑外墙的传 热特性，可为指导该地区满足不同热环境需求的外 墙 热 工 性 能 设 计 提 供 理 论 研 究 基 础 ，也 是 该 地 区 构 建适宜的室内热环境营造技术的基础。
★ Chongqing University, Chongqing, China
* 国家重点研发计划子课题“竹木建造体系民居环境物理性能 提升集成技术研发示范”(编号:202〇YFD1100705-04),国家自然科 学基金项目“基于室内声-光-热物理环境下的人体综合反应模型 研究”(编号：51978095)
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☆ 续 璐 ，女 ，1990年 3 月生，在读博士研究生 △ 丁勇（通信作者）
4 0 0 0 4 5 重庆市沙坪坝区沙正街174号重庆大学土木工程学院 E-mail ：dingyongqq@ 163. com 收稿日期:2021-02- 07 修回日期：2021-03-30
本 研 究 在 稳 态 热 箱 测 试 法 的 测 试 标 准 EN ISO 8990: 1994[9]和 A STM C 1363-l l [1°]基 础 上 ， 搭建了动态热箱实验测试平台（如 图 1 所示），用以 营造与夏热冬冷地区墙体实际传热过程的边界条 件 较 为 相 近 的 室 内 侧 、室 外 侧 热 环 境 。动态热箱实 验 测 试 平 台 的 动 态 测 试 原 理 见 文 献 [ 11]。实验测 试平台中，墙体试件两侧为处理至设定状态的冷、 热流体介质，采 用 对 流 换 热 的 方 式 与 墙 体 进 行 换 热;冷箱和计量箱中的导流屏用于屏蔽对墙体试件 的辐射作用，并在试件表面形成稳定流动的气流组 织 。该实验平台所在实验房间设置了空调系统，可 以控制实验室房间温度和湿度，从而减少室外环境 对箱体内环境的影响。
学术探讨
暖 通 空 调 HV&AC 2 0 2 1 年 第 5 1 卷 第 6 期
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[引用本文]续璐，丁勇.夏热冬冷地区不同构造形式外墙动态传热特性分析[ J ] . 暖通空调，2021,51(6) :2 1 -2 8 ,127
夏热冬冷地区不同构造形式外墙
动 态 传 热 特 性 分 析 >:
重庆大学国家级低碳绿色建筑国际联合研究中心绿色建筑与人居环境 营造教育部国际合作联合实验室续璐^ 丁 勇 &
已有学者对夏热冬冷地区间歇制冷、间歇供暖 条 件 下 ，不 同 构 造 形 式 墙 体 的 动 态 热 过 程 进 行 了 研 究 。高珂指出在夏热冬冷地区一天内空调间歇运 行模式下，内 保 温 墙 体 的 节 能 效 果 优 于 外 保 温 墙 体[4];朱 岩 岩 指 出 在 夏 热 冬 冷 地 区 间 歇 制 冷 、间歇 供暖条件下，内 保 温 墙 体 比 外 保 温 墙 体 全 年 节 能 1 0 % 左右[5];牟林森指出在夏热冬冷地区内外组合 保温外墙的节能性优于内保温墙体及外保温墙体， 并得出使得全寿命周期成本最低的内外组合保温 墙 体 的 内 侧 保 温 层 厚 度 为 20 n u n ,外侧保温层厚 度 为 40 mmW。笔者所在课题组前期分析了夏热 冬冷地区夏季室内间歇制冷状态及自然室温状态 下外保温、内保温和自保温3 种墙体的动态热工性 能 ，得出在间歇制冷条件下，外保温墙体的隔热性 能 最 好 ，墙 体 内 表 面 温 度 峰 值 最 低 ;在 自 然 室 温 状 态 下 . 内 保 温 墙 体 的 隔 热 性 能 最 好 ，墙 体 内 表 面 温 度峰值最低[2+ 8]。总 结 来 看 ，现 有研究仅对不同 构 造 形 式 墙 体 在 间 歇 制 冷 、间 歇 供 暖 条 件 下 的 节 能 特 性 进 行 了 研 究 ，而 对 不 同 构 造 形 式 墙 体 传 热 特 性 的 研 究 不 足 ；并 且 当 前 能 耗 模 拟 软 件 ，如 E n e rg y P lu s等 ，多是针对长周期的能耗模拟，在模 拟 软 件 设 置 时 ，围 护 结 构 传 热 数 值 模 型 均 按 稳 态 热 工 性 能 参 数 考 虑 ，但 由 于 缺 乏 对 墙 体 在 动 态 传 热 边
摘 要 研 究夏热冬冷地区传热边界条件下外墙的传热过程，可为该地区满足不同动态热 环境需求的墙体热工性能的设计提供参考。通过对该地区不同空调间歇运行模式下4 种构造 形式墙体的热过程、瞬时与累计传热量进行量化分析，得 出 4 种构造形式墙体的内表面温度对 室 内 空 气 温 度 变 化 的 响 应 速 率 从 快 到 慢 依 次 为 ：内 保 温 墙 体 、夹 心 保 温 墙 体 、自 保 温 墙 体 、外保 温墙体。经进一步分析得到：在空调间歇运行模式与连续运行模式下建筑热过程特性不同.导 致 间 歇 运 行 模 式 下 室 内 热 环 境 营 造 技 术 的 节 能 路 径 与 适 用 范 围 不 同 于 连 续 运 行 模 式 ；空调运 行 模 式 对 空 调 运 行 时 段 通 过 外 墙 的 瞬 时 传 热 量 有 显 著 影 响 ，在 进 行 墙 体 传 热 特 性 分 析 时 应 充 分考虑供暖或空调设备的使用模式。