加肋重型墙体动态放热控温效果分析_中国暖通空调网 - 技术交流
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综合·论文

加肋重型墙体动态放热控温效果分析
2016-09-05 | 中国暖通空调网 |【
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同济大学 刘小倩 张 旭 张韵淇 车昆明

  要:被动系统是事故发生时不依靠外部冷热源来控制室内温度的系统在建立被动重型系统室内温度控制方程前提下4种天花板肋片结构下重型墙体动态放热进行了数值模拟对肋片工况下的控温效果进行了分析发现增加肋片的墙体可以增加其蓄热量和蓄热率并且有效地控制了室内空气温升而肋片控温效果与肋片面积直接相关在增大肋片面积的手段中减小肋片间距比增大肋片高度更利于控制室内温升

关键词:重型墙体 被动系统 控温 数值模拟 肋片

0 引言

混凝土构成的围护结构由于其热惯性大等特性可以称为重型围护结构系统如在地下工程或某些被动建筑中重型围护结构可利用混凝土的蓄热性能来调节建筑室内热环境在重型围护结构蓄热性能方面闫增峰谈莹莹等人研究了重型墙体室内热环境的动态传热过程建立了墙体动态传热的数学方程[1-2]王展段双平等人研究了重型墙体蓄热性能对室内空气温度波动的影响[3-4]基于以上研究可以将重型墙体作为空调系统之外的辅助调节室温的方式

为了增强重型墙体的表面换热强度本文中研究对象采用增加肋片这一特殊的形式研究表明将肋片加入墙体可以有效地加强重型墙体与空气的换热强度增加墙体的蓄热量[5]

1 模型描述

本文由超厚重混凝土围护结构构成一个被动热阱系统其主体部分包括四面外墙带肋天花板其长18.744m13.583m4.191m室内空气有效容积904m3墙体厚度为610mm墙体外敷设保温层τ0时刻室内温度控制系统关闭室内温度在热源的作用下开始上升系统开始释放τ0之前储存在厚重墙体中的冷量利用厚重墙体的热惯性延迟室内温度升高维持室内温度在一定安全范围内[6]

为了简化起见按照文献[6]将文中不带肋片天花板工况设置为case0带肋片天花板工况为case1(下文将统一简称case0case1)case1天花板的肋片沿着长度方向敷设肋片高度228.6mm间距228.6mm厚度12.5mm墙体和天花板肋片材料的热物性参数如表1所示[6]

1 围护结构材料的热物性参数
围护结构材料的热物性参数

建立该厚重墙体构成的被动热阱系统的数学模型首先作如下假设

1)空气及围护结构材料等各物性参数均为常数不随温度的变化而变化室内空气温度分布均匀且不考虑室内空气的潜热换热不考虑室内物体的蓄热作用热扰散热全部以热对流的方式进入空气

2)通过混凝土围护结构的导热过程简化为一维非稳态导热[5]因此该非能动系统的控制方程为一维非稳态导热微分方程[7]

(1)

式中ρs为混凝土材料的密度kg/m3cs为混凝土材料的比热容J/(kg·K)ts (τ)τ 时刻热阱内部的非稳态温度

而被动系统吸收的热量qs 等于其内能的增量

(2)

式中As为被动热阱的总表面积m2

由以上两式联合得到0τ 时刻的时间段内热阱吸收的总热量Qs(τ)

(3)

对于室内空气而言室内空气温度受到内外热扰散热和热阱吸热的影响通过能量平衡方程得到室内空气的温度变化方式用数学表达式描述如下

(4)

式中V为非能动空气体积m3qex(t)为外热扰通过外围护结构向热阱内传递的热量

(5)

式中Ki为各外墙的传热系数/(m2·K)Ai为各面外墙的表面积m2t(τ)τ时刻的室内温度

0τ时刻的时间段内室内空气热力学能的增量为

(6)

由式(3)(6)组成整个热力系统的控制方程组

2 数值模拟结果与分析

本文采用数值模拟的方法对重型围护结构构成的被动系统进行研究其中数学模型采用RNG K-ε湍流模型近壁处选用标准壁面函数法处理不考虑墙壁之间以及墙壁和内热源之间的辐射对于温差引起的浮升力的影响采用Boussinesq假设初始时刻重型围护结构中墙体和肋片及空气的温度均为22 而室外空气温度保持35不变

边界条件设置方面天花板顶部及地面设为绝热表面室内固定热源采用第二类定热流边界条件其中内热源强度根据工程实际设备运行状况取值分别为22642(02h)5940 (224h)2840(2460h)

2.1 肋片结构对控温效果的影响

从图1分析可知case1室内空气温度在2h28.34 此时case0 室内空气温度为31.41随后由于室内热源发热量的降低温度上升趋势变缓两工况室内空气温差逐渐减小24h case0温度为26.89case126.00 60hcase1室内空气温度比case00.622h时室内温度出现最大值case1case0最大温升降低3.07 由此可见天花板有肋片能有效降低060h室内空气温升

2.2 肋片间距对控温效果的影响

有、无肋片时室内空气温度对比
1 有、无肋片时室内空气温度对比

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