多孔固-固相变气候自适应墙体传热机理与实验研究
批准号:
52078198
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘忠兵
依托单位:
学科分类:
建筑物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘忠兵
中文摘要
由于固定热物性参数的设定,传统建筑围护结构存在保温和隔热的矛盾,难以在冬季高效利用太阳的同时减少墙体夏季得热。本项目基于固-固相变材料的多孔和透明度可变特性,提出一种多孔固-固相变气候自适应墙体,实现墙体在冬季高效利用太阳能和夏季减少得热的双重目的。项目通过理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,对墙体进行传热机理与性能优化研究,采用宏观方法来对多孔材料进行简化,将多孔固体骨架和空隙内空气视为连续性介质并采用局部容积平均法选择表征体元,采用吸收、发射和散射性介质的辐射传递方程建立墙体的辐射传递模型,根据多孔介质局部非热平衡方法和达西定律修正模型分别建立墙体控制体方程,并将其与辐射传递方程耦合求解;建立实验测试平台,并利用实验数据验证模型,模拟分析多孔固-固相变气候自适应墙体的能耗特征,优化墙体的结构参数,为多孔固-固相变气候自适应墙体的开发和应用奠定理论基础。
英文摘要
Due to the setting of fixed thermal physical parameters, the traditional building envelope has the contradiction of heat preservation and heat insulation, so it is difficult to use solar energy efficiently in winter and reduce heat gain in summer. Based on the characteristics of porous and variable transparency of solid-solid phase change materials, this project proposes a porous solid-solid phase change climate adaptive wall, which can realize the dual purposes of efficient utilization of solar energy in winter and reduction of heat gain in summer. Through the combination of theoretical analysis, numerical simulation and experiment, the project studies the heat transfer mechanism and performance optimization of the wall. The macroscopic method is used to simplify the porous material, the porous solid framework and the air in the void are regarded as continuous media, and the local volume average method is used to select and characterize the voxel. The radiation transfer model of solid-solid phase change materials is established by the radiation transfer equations of absorption, emission and scattering media. The porous solid-solid phase change climate adaptive wall control equation is established according to the local thermal non-equilibrium method of porous media and the modified Darcy law and then coupled with the radiation transfer equation. The experimental test platform is established and the experimental data is used to validate the model. The energy consumption characteristics of the porous solid-solid phase change climate adaptive wall are simulated and analyzed, and the structural parameters of the porous solid-solid phase change climate adaptive wall are optimized, laying a theoretical foundation for the development and application of climate adaptive wall.
由于固定热物性参数的设定,传统建筑围护结构存在保温和隔热的矛盾,难以在冬季高效利用太阳的同时减少墙体夏季得热。本项目开展固-固相变气候自适应墙体传热机理与实验研究,利用固-固相变材料的相变稳定性、可变热容和可变透明特性,提出一种固-固相变气候自适应围护结构,实现对建筑围护结构的光热调节实现墙体在冬季高效利用太阳能和夏季减少得热的目的。主要成果和结论如下:1) 建立了透明度可变相变材料(VTSS-PCM)在实际环境下的辐射与导热耦合传热数值仿真模型。开展了相变材料传热机理研究,基于焓变守恒原理建立了VTSS-PCM的修正表观热容模型,并采用二进制变量表示VTSS-PCM相变过程中的过冷度;通过添加虚拟界面将VTSS-PCM分割成多个具有均匀辐射特性的等温光学控制体,并在相邻光学控制体的界面处设定全反射判据,分析辐射光束在多层光学控制体中的传递过程,耦合射线追踪法和界面能量平衡法建立了VTSS-PCM的多层辐射传递模型。2)针对VTSS-PCM的光学参数随温度动态变化使得采用光学仪器难以直接测量的问题,本文提出了一种反演VTSS-PCM光学参数的方法,该反演方法以透过VTSS-PCM窗户进入室内的总辐照度和内侧面的温度为基准量,分别建立了两个基准量的实验值和模拟值之间的时间序列误差统计函数,采用双目标优化模型求解VTSS-PCM的光学参数,并采用实验测试获取的反演数据集和验证数据集对反演结果进行了双重验证。3)利用VTSS-PCM的相变稳定性、可变热容和可变透明特性,提出了基于被动式的自适应屋顶和基于主动式的自适应通风墙体,并对这两种自适应相变建筑围护结构进行了实验、模拟与优化研究。本研究为VTSS-PCM在建筑中的应用提供指导。
医院平疫结合病区设计与压力梯度监控策略研究
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批准号:2024JJ9082
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:刘忠兵
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依托单位:
基于参数重要性测度的园区共享储能与空调系统耦合优化研究
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批准号:52378097
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:刘忠兵
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依托单位:
多孔固-固相变气候自适应墙体传热机理与实验研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:刘忠兵
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依托单位:
基于瞬态热电制冷效应的热电热回收机理与优化研究
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批准号:2019JJ50076
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2019
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负责人:刘忠兵
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依托单位:
建筑阴影影响下半透明晶硅光伏幕墙热电耦合机理与实验研究
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批准号:51708194
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:刘忠兵
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依托单位:
国内基金
海外基金