夏热冬暖地区通水屋面的实验研究与模拟分析

【摘要】：夏热冬暖地区，由于纬度较低，该地区太阳辐射相当强烈。对于顶层房间而言，夏季在太阳辐射和室外气温的综合作用下，屋面作为一种建筑物外围护结构所造成的室内外温差传热耗热量，大于任何一面外墙或地面的耗热量。因此，提高屋面的隔热性能既可以降低建筑能耗，还可以提高室内人员的舒适性。具有良好隔热性能的屋面种类较多，本文主要研究通水屋面的热工性能并提出相应的改善措施。 本文通过对一组搭建的通水屋面实验平台进行14天的测试，主要包括对屋面内外表面的温度测试，通水构造层内部以及上下表面的温度测试，通水入口、出水口温度以及室外空气温度、室内空气温度、风速、太阳辐射强度的测试，根据测试结果对其进行定性分析，主要分析了通水屋面在不同构造、不同通水量大小、室内外气候条件变化下通水屋面的热工性能。实验分析结果表明，通水屋面隔热效果良好，将水管铺设在混凝土结构层的隔热性能优于将水管铺设在找平找坡层，以及通水量大时有利于屋面的隔热散热。 为了进一步研究如何改善通水屋面的热工性能，本文采用CFD软件，根据通水屋面模型的实际尺寸建模，利用实测数据作为边界条件对搭建的通水屋面进行模拟计算分析，验证了CFD软件模拟分析方法的可行性，进而利用该模拟分析方法模拟了不同管间距大小对通水屋面热工性能的影响，提出了改善通水屋面隔热性能的措施。 本文根据实测数据以及软件模拟对通水屋面的隔热性能进行详细的比较研究，分析得出通水屋面的隔热效果。该结论将对夏热冬暖地区建筑在屋顶的选取及进一步改进具有一定的理论和现实意义。 【关键词】：夏热冬暖地区 通水屋面 热工性能 模拟分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU111.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 论文研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 蓄水屋面12-14
• 1.2.2 种植屋面14-15
• 1.2.3 反照屋面15-17
• 1.2.4 主动式屋面17-18
• 1.2.5 通风屋面18-19
• 1.2.6 通水屋面19
• 1.2.7 其它屋面19-20
• 1.3 本文的研究内容及目的20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 通水屋面构造设计22-28
• 2.1 夏热冬暖地区气候特点对屋面设计的影响22-23
• 2.2 通水屋面构造措施23-25
• 2.2.1 将通水管铺在混凝土结构层23-24
• 2.2.2 将通水管铺在找平找坡层24
• 2.2.3 水管铺设及安装方式24-25
• 2.3 通水屋面的传热过程25
• 2.3.1 接收热量阶段25
• 2.3.2 屋面外表面接受的热量经材料层传到基层的内表面阶段25
• 2.3.3 向室内放热阶段25
• 2.3.4 小结25
• 2.4 影响通水屋面隔热效果的可能因素25-27
• 2.4.1 通水管铺设位置的不同25-26
• 2.4.2 通水管通水量大小以及进水温度的影响26
• 2.4.3 通水管铺设方式的不同26-27
• 2.4.4 通水管间距的不同27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 通水屋面热工性能测试分析28-51
• 3.1 实验介绍28-34
• 3.1.1 实验概况28-29
• 3.1.2 测试目的29
• 3.1.3 测试时间、地点及测点布置29-30
• 3.1.4 测试内容及仪器设备30-32
• 3.1.5 实验方案设计32-34
• 3.2 三种屋面的隔热性能测试分析34-50
• 3.2.1 铜管埋入混凝土内部的实验工况34-41
• 3.2.1.1 工况一34-36
• 3.2.1.2 工况二36-38
• 3.2.1.3 工况三38-40
• 3.2.1.4 小结40-41
• 3.2.2 铝管埋入水泥砂浆找坡层的实验工况(下午 5 点左右通水）41-48
• 3.2.2.1 工况一42-44
• 3.2.2.2 工况二44-46
• 3.2.2.3 小结46-48
• 3.2.3 铝管埋入水泥砂浆找坡层的实验工况(全天通水）48-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 通水屋面 CFD 模拟分析51-70
• 4.1 软件概述51-56
• 4.1.1 FLUENT 概述51-54
• 4.1.1.1 软件的基本结构及应用领域51-52
• 4.1.1.2 FLUENT 求解流程52-54
• 4.1.2 网格划分和边界条件54-56
• 4.1.2.1 GAMBIT 概述54
• 4.1.2.2 网格生成54-56
• 4.2 实验模拟56-59
• 4.2.1 GAMBIT 在本课题中的应用56-57
• 4.2.2 FLUENT 在本课题中的应用57-59
• 4.3 模拟结果分析59-69
• 4.3.1 模拟结果示意图59-60
• 4.3.2 模拟结果与实测值比较分析：60-65
• 4.3.2.1 水管埋入混凝土层的工况61-63
• 4.3.2.2 水管埋入找坡找平层的工况63-64
• 4.3.2.3 对比两种不同构造的通水屋面64-65
• 4.3.3 比较几种管间距不同的情况下屋面内表面的降温效果：65-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 通水屋面的综合评价以及改进措施70-74
• 5.1 通水屋面的主要特点70
• 5.1.1 有良好的隔热性能70
• 5.1.2 水资源合理利用70
• 5.2 通水屋面的构造设计优化70-73
• 5.2.1 增强面层外表面的反射能力70-71
• 5.2.2 增加挤塑聚苯板隔热层的厚度71-72
• 5.2.3 水管铺设位置的选择72-73
• 5.2.4 通水时间的选择73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 本文的主要成果74
• 6.2 进一步工作的建议74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文80-81
• 致谢81-82
• 附件82

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