北美典型氣候區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)HM模擬及分析

黃祖堅(jiān) 孫一民

摘? ?要：為明確氣候參數(shù)、材料參數(shù)對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果的影響，以及熱濕耦合傳遞模型（HM）和被普遍采用的Glaser模型之間的差異，在熱濕過程模擬軟件WUFI Plus中選擇北美典型氣候區(qū)的20個(gè)代表城市，設(shè)置15組外墻構(gòu)件，進(jìn)行空間單元HVAC需求、室內(nèi)熱濕環(huán)境和外墻熱濕性能的全年模擬.模擬結(jié)果與室外氣候參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，表明室外氣溫、太陽輻射、相對(duì)濕度和風(fēng)驅(qū)雨不同程度地影響相關(guān)結(jié)果.通過材料參數(shù)控制所得2組HM和3組Glaser模型的對(duì)比，表明液態(tài)水相關(guān)參數(shù)、含濕量引起的材料參數(shù)的變物性取值對(duì)模擬結(jié)果有顯著影響.北美典型氣候區(qū)HM模擬對(duì)我國(guó)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕過程相關(guān)的氣候參數(shù)、材料參數(shù)和評(píng)估方法的研究具有借鑒意義.

關(guān)鍵詞：典型氣候區(qū);建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu);熱濕耦合傳遞模型;Glaser模型

中圖分類號(hào)：TU111.19? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：To determine the impact of climate data and material parameter on building envelope simulation results，and to investigate the difference between coupled heat and moisture transfer model （HM model） and the widely used Glaser model，15 groups of exterior walls were constructed in WUFI Plus with 20 representative cities of the North America typical climate zones as external conditions，and simulated for the annual HVAC demand，indoor hygrothermal environment and the exterior walls hygrothermal performance. Correlation analyses between the simulation results and the climate parameters showed that the exterior air temperature，solar radiation，relative humidity and drying rain affected the related simulation results to varying degrees. Comparison among the 2 HM and 3 Glaser model groups distinguished with specific material parameters，showed that liquid water dependent parameters，variation of moisture content dependent heat and moisture transport properties had significant influence on the simulation results. The HM model simulation in North America typical climate zones could contribute implications to the studies on climate data，material parameters and evaluation methods for the heat and moisture process in building envelope.

Key words：typical climate zone;building envelope;coupled heat and moisture transfer model;Glaser model

準(zhǔn)確理解建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱濕過程，并進(jìn)行合理控制，有助于延長(zhǎng)建筑構(gòu)件壽命[1]、降低建筑運(yùn)行能耗[2]、提高室內(nèi)環(huán)境舒適性與衛(wèi)生質(zhì)量[3-4].在建筑熱工學(xué)領(lǐng)域通常采用熱濕過程模型進(jìn)行計(jì)算，在1990年以前由Glaser提出的穩(wěn)態(tài)蒸汽滲透模型，采用蒸汽壓作為驅(qū)動(dòng)勢(shì)，基于Fick定律確定純蒸汽的濕分遷移速率[5]，這一方法操作性強(qiáng)，可以對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行初步的濕性能評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)冷凝部位和冷凝程度，因而被廣泛使用，如EN ISO 13788、DIN 4108、GB 50176-93/2016[6].然而實(shí)際的濕過程常常是非穩(wěn)態(tài)、多相同時(shí)發(fā)生的，對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的精確認(rèn)識(shí)要求從Glaser的簡(jiǎn)單評(píng)估轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)濕過程的仿真模擬.

1975年Luikov基于Fourier 定律、Fick 定律和Darcy 定律，根據(jù)能量守恒定律、質(zhì)量定律和動(dòng)量守恒定律建立起控制方程，從機(jī)理上較真實(shí)地描述濕分在多孔介質(zhì)中的遷移過程[7].近20年，在Luikov熱濕耦合傳遞理論的基礎(chǔ)上，Molenda、Pedersen、Künzel、H？覿upl、Janssen、Mendes、Steeman和Tariku等人相繼提出分析建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱量和濕分耦合傳遞模型（Coupled heat and moisture transfer model，簡(jiǎn)稱HM模型）[8-15].這些模型已經(jīng)得到不同角度的驗(yàn)證，2008年完成的IEA Annex 41項(xiàng)目對(duì)17種HM模型及數(shù)值模擬工具進(jìn)行詳細(xì)比較，并完成7項(xiàng)聯(lián)合對(duì)比任務(wù)，證實(shí)主要HM模型的計(jì)算結(jié)果、及其與實(shí)測(cè)結(jié)果之間非常接近[16-17].HM模型基礎(chǔ)理論在我國(guó)也得到許多學(xué)者的關(guān)注，陳友明、郭興國(guó)、劉向偉、王瑩瑩、孔凡紅、鄭茂余、張華玲等學(xué)者從不同角度開展HM模型研究[18-27]，其中湖南大學(xué)的李念平團(tuán)隊(duì)推導(dǎo)竹膠合板外墻熱濕過程模型并進(jìn)行實(shí)測(cè)檢驗(yàn)[28].

HM模型通常采用高度耦合的非線性偏微分方程來同時(shí)描述建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的熱濕傳遞過程[29].

由于運(yùn)算過程中需要不斷地通過有限差分法對(duì)方程組進(jìn)行求解，并通過積分更新構(gòu)造內(nèi)熱濕場(chǎng)分布，其計(jì)算時(shí)間可達(dá)普通能耗模型的102～104倍.計(jì)算機(jī)工具是HM模型投入實(shí)際應(yīng)用的前提條件，已有部分計(jì)算機(jī)軟件與HM模型結(jié)合進(jìn)行特定分析，如BES-HAM的建筑能耗模擬分析，WUFI系列軟件的建筑熱濕環(huán)境、建筑構(gòu)造熱濕傳遞和霉菌增長(zhǎng)分析等[29-30].常用建筑熱濕過程模擬軟件還有Delphin（德國(guó)）、CHAMPS（美國(guó)），部分綜合能耗模擬軟件如EnergyPlus（美國(guó)）、TRNSYS（美國(guó)&歐洲）也增加HM功能.計(jì)算機(jī)工具的支持使未來以HM模型的模擬仿真取代Glaser模型的簡(jiǎn)單評(píng)估具有可行性.

在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐工程中，HM模型及其計(jì)算機(jī)工具體現(xiàn)出的可信度為其贏來越來越多從業(yè)者的接受，DIN4108—3標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)承認(rèn)這些方法[10].相比之下，我國(guó)目前GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算偏重于熱過程，而濕過程仍基于Glaser模型的簡(jiǎn)單評(píng)估，與此相應(yīng)的氣候和材料研究也相對(duì)滯后.在建筑氣候研究上，采用氣溫和太陽輻射為分區(qū)依據(jù)，未給予環(huán)境濕度和降雨參數(shù)足夠重視;在材料數(shù)據(jù)庫(kù)上，目前對(duì)常用建筑材料的參數(shù)積累只能用于Glaser模型的簡(jiǎn)單計(jì)算，無法支撐完整的HM模型.

為明確氣候參數(shù)、材料參數(shù)對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果的影響，以及HM模型和Glaser模型之間的差異，本文采用德國(guó)Fraunhofer IBP開發(fā)的熱濕過程模擬軟件WUFI Plus，選擇氣候參數(shù)完善的北美典型氣候區(qū)進(jìn)行模擬和分析，為我國(guó)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕過程相關(guān)的氣候參數(shù)、材料參數(shù)和評(píng)估方法的研究提供參考.

1? ?基于Künzel方程的HM模型

HM模型與Glaser模型存在許多不同.HM模擬采用熱濕耦合的方式進(jìn)行，而非讓熱過程和濕過程分離開來計(jì)算;除氣溫、相對(duì)濕度、太陽輻射外，HM氣候參數(shù)還包括降雨因子;除表觀密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、蒸汽滲透阻力因子外，HM模型還需要等溫吸放濕曲線、孔隙率、液態(tài)水傳遞系數(shù)等材料參數(shù);考慮多相濕過程，以及材料濕儲(chǔ)存性質(zhì)（含濕量）對(duì)熱傳遞性質(zhì)、液態(tài)水和氣態(tài)水傳遞性質(zhì)的影響.

不同學(xué)者在研究HM模型中，由于基礎(chǔ)描述方程的差異，需要不同的材料參數(shù)作為輸入.而對(duì)于同一材料參數(shù)，由于對(duì)驅(qū)動(dòng)勢(shì)選擇和取值方法等方面的差異，以及對(duì)環(huán)境因素、材料含濕量等影響的不同判斷，也會(huì)有不同測(cè)試要求.采用溫度作為熱量傳遞的驅(qū)動(dòng)勢(shì)得到比較一致認(rèn)可，但對(duì)于濕分傳遞的驅(qū)動(dòng)勢(shì)則沒有形成統(tǒng)一的觀點(diǎn).常用的濕分傳遞驅(qū)動(dòng)勢(shì)有溫度、含濕量、蒸汽壓和抽吸應(yīng)力.

1995年，德國(guó)建筑物理學(xué)家H M Künzel通過理論推算和實(shí)測(cè)檢驗(yàn)將熱濕傳遞計(jì)算所需材料參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，提出以蒸汽壓和相對(duì)濕度作為濕傳遞驅(qū)動(dòng)勢(shì)的改進(jìn)的Luikov模型，將熱量和濕分過程描述為兩個(gè)耦合微分方程[10].兩等式左側(cè)由儲(chǔ)存部分構(gòu)成：熱儲(chǔ)存包括干燥材料的熱容和材料中濕分的熱容，濕儲(chǔ)存根據(jù)材料等溫吸放濕曲線來描述.等式右側(cè)由傳遞部分構(gòu)成：熱傳遞根據(jù)含濕量相關(guān)的導(dǎo)熱系數(shù)和蒸汽焓流來描述，后者是由于濕分從一處蒸發(fā)吸熱，然后擴(kuò)散到另一處冷凝放熱的潛熱效果.液態(tài)水傳遞包含受相對(duì)濕度差驅(qū)動(dòng)的表面擴(kuò)散和毛細(xì)傳導(dǎo)，受溫度影響相對(duì)較小.氣態(tài)水?dāng)U散則受溫度場(chǎng)強(qiáng)烈影響.以Künzel方程為基礎(chǔ)，德國(guó)Fraunhofer IBP開發(fā)出熱濕過程模擬軟件WUFI Plus（W？覿rme- Und Feuchte- transport Instation？覿r非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)熱量和水分傳輸）.如圖1所示.

2? ?模擬方案

WUFI Plus模型的運(yùn)行需要設(shè)置外部條件、內(nèi)部條件、邊界條件、HVAC條件，和數(shù)據(jù)網(wǎng)格、時(shí)間步長(zhǎng)等控制參數(shù)，如圖2所示.

1）外部條件.根據(jù)K？觟ppen的氣候區(qū)劃分方法，北美氣候區(qū)類型豐富，對(duì)我國(guó)典型氣候區(qū)具有較為完整的參考價(jià)值.選擇北美15種典型氣候區(qū)的20個(gè)代表城市的氣候數(shù)據(jù)作為模型的外部條件，如圖3所示.

2）內(nèi)部條件.建立尺寸為 3.0 m×3.0 m×3.0 m（開間×進(jìn)深×層高）的空間單元.設(shè)置9：00-17：00為房間工作時(shí)間，并賦予標(biāo)準(zhǔn)辦公間使用強(qiáng)度的室內(nèi)熱濕負(fù)荷，其中對(duì)流熱：33.3 W，輻射熱：25.2 W，濕分：17.55 g/h，CO2發(fā)生量：20.79g /h，人員活動(dòng)量：1.2 met.

3）邊界條件.選擇四面外墻作為研究對(duì)象，面積均為9 m2，將頂面天花及底面地板設(shè)置為相同內(nèi)部條件的兩房間之間的分隔（space with the same interior conditions），以避免頂、底面的熱濕傳遞干擾.外墻構(gòu)造上類型上設(shè)置常用的3種類型，包括L型（外面板+填充層+內(nèi)面板）、H型（砌體層+內(nèi)面板）和M型（砌體層 + 填充層 + 內(nèi)面板）.構(gòu)造層厚度設(shè)置參考北美對(duì)相應(yīng)氣候區(qū)的U值要求，分為0.15/0.2/0.4/0.6/1.0 W/（m2·K）的5個(gè)組，如表1所示.

4）HVAC條件.基于以上設(shè)置的外部、內(nèi)部和邊界條件，首先關(guān)閉HVAC，模擬在無設(shè)備條件下室內(nèi)熱濕環(huán)境和外墻熱濕性能;然后打開HVAC，以理想的供暖和制冷、加濕和除濕設(shè)備維持一定室內(nèi)溫濕度，輸出空間單元的供暖和制冷量，以及加濕和除濕量.運(yùn)行時(shí)間2015-01-01至2017-01-01，對(duì)2016-01-01 至2017-01-01進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，時(shí)間步長(zhǎng)為1 h.

通過材料參數(shù)調(diào)整，設(shè)置2組HM模型（HM和HM0）和3組Glaser模型（Glaser0，Glaser50和Glaser75）.其中HM組采用完整的材料參數(shù)，而HM0在HM材料參數(shù)的基礎(chǔ)上將其毛細(xì)吸水速率和液態(tài)水傳遞速率設(shè)為0，并將模型外墻降雨負(fù)荷關(guān)閉.Glaser0、Glaser50和Glaser75分別采用恒定對(duì)應(yīng)RH=0%，RH=50%和RH=75%的熱傳遞和氣態(tài)水傳遞性質(zhì)的參數(shù)，且將濕儲(chǔ)存性質(zhì)和液態(tài)水相關(guān)性質(zhì)設(shè)為0，從而切斷熱濕過程之間的耦合關(guān)系，使模型熱過程和濕過程模擬相互獨(dú)立開.

3? ?結(jié)果分析

3.1? ?氣候參數(shù)相關(guān)性分析

選擇開啟理想HVAC情況下年供暖&制冷量P值、供暖峰值Pheating.max和制冷峰值Pcooling.max、加濕&除濕量H值、加濕峰值Hhumid.max和除濕峰值Hdehumid.max表征空間單元HVAC需求;關(guān)閉HVAC情況下室內(nèi)年溫、濕度均值Timean和RHimean及相應(yīng)波幅Tiamp和RHiamp表征室內(nèi)熱濕環(huán)境;通過建筑四面外墻的年熱、濕流量Hflow和Mflow及相應(yīng)峰值Hflow.max和Mflow.max表征外墻構(gòu)造熱濕性能.選擇室外年空氣溫度Te、太陽輻射總量SR、年空氣相對(duì)濕度RHe和年風(fēng)驅(qū)雨量DR作為室外氣候參數(shù).將模擬結(jié)果與氣候參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析.

考慮到模擬結(jié)果和氣候參數(shù)之間不符合雙變量正態(tài)分布，且變量之間無線性相關(guān)，因而選擇非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的Spearman相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析，借助統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS進(jìn)行操作.將相關(guān)指標(biāo)分為兩組，組1為模擬結(jié)果和氣候參數(shù)之間總量和均值指標(biāo)的相關(guān)性分析，組2則針對(duì)波幅和峰值（注：由于所有城市氣候參數(shù)中年室外相對(duì)濕度最大值均為100%，年風(fēng)驅(qū)雨最小值均為0，因此相應(yīng)地僅采用年室外相對(duì)濕度最小值和年風(fēng)驅(qū)雨最大值進(jìn)行分析）.

總量和均值相關(guān)性分析結(jié)果表明，與熱過程相關(guān)的指標(biāo)中，Timean、P值和Hflow均與Temean和SR存在0.01層上顯著的相關(guān)關(guān)系，且Timean和Hflow分別和DR在0.05和0.01層上顯著相關(guān)，可見建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程不僅取決于熱氣候參數(shù)，也受濕氣候參數(shù)的影響;與濕過程相關(guān)的指標(biāo)中，RHimean和RHemean存在0.01層上顯著的相關(guān)關(guān)系;Mflow和DR在0.05層上顯著相關(guān);而H值則沒有表現(xiàn)出與室外氣象參數(shù)的明顯相關(guān)關(guān)系.波幅和峰值相關(guān)性分析結(jié)果表明，Tiamp和RHiamp和室外空氣溫度振幅均存在0.01層上顯著的相關(guān)關(guān)系，且RHiamp還與室外相對(duì)濕度和年風(fēng)驅(qū)雨峰值在0.01層上顯著相關(guān);在HVAC峰值相關(guān)指標(biāo)中，除年供暖峰值外，制冷、加濕和除濕峰值分別與年均室外氣溫和年風(fēng)驅(qū)雨峰值存在顯著相關(guān)關(guān)系;外墻Hflow.max和Mflow.max分別和年室外氣溫和年風(fēng)驅(qū)雨峰值之間在0.01和0.05層上顯著相關(guān)，如表2所示.

同一熱分區(qū)，不同濕分區(qū)的不同模型組之間模擬結(jié)果存在顯著差異，室外相對(duì)濕度和降雨等濕氣候參數(shù)的影響不可忽略.因此依據(jù)氣溫、太陽輻射強(qiáng)度進(jìn)行單純的熱工分區(qū)，以及單一的分區(qū)傳熱系數(shù)U值規(guī)定作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)存在一定缺陷.美國(guó)的建筑氣候分區(qū)方法采用氣溫和太陽輻射作為一級(jí)區(qū)劃指標(biāo)，其下根據(jù)相對(duì)濕度和降雨量又作二級(jí)區(qū)劃，以此保證熱氣候參數(shù)為主，又兼顧濕氣候參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，這對(duì)我國(guó)建筑氣候區(qū)劃方法有參考意義，如圖4所示.

3.2? ?材料參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響

3.2.1? ?液態(tài)水對(duì)模擬結(jié)果的影響

以HM0模型組（不考慮風(fēng)驅(qū)雨）和HM模型組（考慮風(fēng)驅(qū)雨）模擬結(jié)果的比值作為指標(biāo)，對(duì)南面外墻L類構(gòu)造和M類構(gòu)造的填充層含濕量，以及H類構(gòu)造的砌體層含濕量進(jìn)行比較.HM0 /HM模型組計(jì)算結(jié)果比值最小分別可達(dá)92.84%、31.93%和5.86%.可見液態(tài)水傳遞對(duì)模擬結(jié)果有不可忽略的影響，通常采用的Glaser評(píng)估方法未考慮降雨因素作用，會(huì)使構(gòu)造含濕量被不同程度地低估，如圖5所示.

HM0/HM模型組模擬結(jié)果對(duì)比表明液態(tài)水對(duì)HVAC需求、室內(nèi)熱濕環(huán)境、建筑構(gòu)件熱濕性能計(jì)算結(jié)果有明顯影響.對(duì)于L類構(gòu)造，由于外面板的液態(tài)水傳遞阻力較大，液態(tài)水對(duì)構(gòu)造整體及所圍護(hù)空間的影響受到阻擋，此時(shí)HM0/HM模型組模擬結(jié)果各指標(biāo)的比值在98.85%～100.88%之間.對(duì)于H類構(gòu)造，由于構(gòu)造主體層直接與外部雨水接觸，風(fēng)驅(qū)雨對(duì)構(gòu)造影響最大，HM0 /HM模型組模擬結(jié)果比值中，有：HVAC相關(guān)的P：78.07% ～ 100.00%，Pheating.max：78.77%～ 100.00%，Pcooling.max ： 95.02%～ 125.95%;

Hdehumid.max：51.91% ～ 06.83%;室內(nèi)熱濕環(huán)境相關(guān)的Timean：100.00%～ 104.92%，Tiamp：96.43% ～ 102.75%，RHimean：94.01% ～ 100.00%，RHiamp：91.61% ～ 106.57%;外墻熱濕性能相關(guān)的Hflow：94.95%～100.07%，Mflow：92.08%～ 100.00%.M類構(gòu)造受液態(tài)水影響介于L和H之間，相應(yīng)各指標(biāo)的比值在59.78%～108.19%之間，如圖6所示.

3.2.2? ?導(dǎo)熱系數(shù)變物性取值對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

以HM0模型組為基準(zhǔn)，將年供暖&制冷量及其峰值、年室內(nèi)空氣平均溫度及其振幅和外墻年熱流量的Glaser/HM0模擬結(jié)果比值r-P、r-Pheating.max、r-Pcooling.max、r-Timean、r-Tiamp和r-Hflow作為指標(biāo)，相應(yīng)的值為r-P：78.10%～116.35%、r-Pheating.max：44.02%～106.75%、r- Pcooling.max：52.73%～ 146.66%、r- Timean：100.00%～162.50%、r-Tiamp：78.52%～102.06%和r-Hflow：97.06%～117.38%.該值在3類構(gòu)造中偏幅不同，其大小與構(gòu)造自身受含濕量影響程度有關(guān)，除r-Pcooling.max外，H類構(gòu)造偏幅最大，如圖7所示.

對(duì)Glaser0/50/75 3組計(jì)算結(jié)果進(jìn)行差異性分析，表明由含濕量提高引起的導(dǎo)熱系數(shù)的增大，使計(jì)算所得P值和Hflow值增大.值得一提的是對(duì)于作為常規(guī)建筑熱工計(jì)算的主要指標(biāo)P值，除H類構(gòu)造的個(gè)別案例，HM0模型組模擬結(jié)果普遍落在Glaser50和Glaser75模型組所得結(jié)果之間，這意味著采用室內(nèi)和室外空氣平均相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)的材料導(dǎo)熱系數(shù)作簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)P值估算有較好的參考價(jià)值.

3.2.3? ?蒸汽滲透阻力因子變物性取值對(duì)模擬結(jié)果的影響

以HM0模型組為基準(zhǔn)，將年加濕&除濕量H值及其峰值、年室內(nèi)空氣平均相對(duì)濕度及其峰值和外墻年濕流量的Glaser/HM0比值r-H、r-Hhumid.max、r-Hdehumid.max、r-RHimean、r-RHiamp和r-Mflow作為指標(biāo)，有r-H：59.79%～121.91%、r-Hhumid.max：24.61%～199.37%、r-Hdehumid.max：0.00%～115.78%、r-RHimean：92.78%～100.45%、r-RHiamp：76.86%～115.70%和r-Mflow：81.72%～143.71%，如圖8所示.

對(duì)Glaser0/50/75 3組計(jì)算結(jié)果進(jìn)行差異性分析，表明由含濕量提高引起的蒸汽滲透阻力的減小，使建筑構(gòu)件年濕流量Mflow增大，其中Glaser75/ Glaser0的比值達(dá)到97.50%～139.58%;RHimean值主要取決于室外空氣相對(duì)濕度，受構(gòu)件自身濕傳遞性質(zhì)影響不明顯，Glaser50和Glaser75對(duì)Glaser0的RHimean比值在94.56%～100.60%;年加濕&除濕量H值除受建筑構(gòu)件濕傳遞性質(zhì)外，還受室內(nèi)外濕負(fù)荷、建筑構(gòu)件濕流方向等多因素綜合作用，因此蒸汽滲透系數(shù)的變物性取值并未對(duì)H值模擬結(jié)果產(chǎn)生明確影響.

與液態(tài)水引起的結(jié)果差異的對(duì)比顯示，在H類構(gòu)造中，含濕量引起的導(dǎo)熱系數(shù)和蒸汽滲透系數(shù)變物性取值所帶來的模擬結(jié)果差異，大幅小于液態(tài)水的影響.然而在L和M類構(gòu)造中，相應(yīng)的差異則不可忽略.

3.3? ?長(zhǎng)周期動(dòng)態(tài)的濕過程評(píng)估方法

Glaser模型對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕性能采用的是穩(wěn)態(tài)的評(píng)估方法，即假設(shè)建筑構(gòu)件內(nèi)外表面具有一定的蒸汽壓差驅(qū)動(dòng)通過建筑構(gòu)件的穩(wěn)定蒸汽流.在HM的全年模擬中，受外部氣候條件、內(nèi)部熱濕負(fù)荷、HVAC條件等因素影響，全年動(dòng)態(tài)模擬顯現(xiàn)出和建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)評(píng)估不同的結(jié)果.建筑構(gòu)件層面穩(wěn)態(tài)評(píng)估的各項(xiàng)指標(biāo)不能直接、準(zhǔn)確地反映全年HVAC需求、室內(nèi)濕環(huán)境和建筑構(gòu)件濕性能.相比于熱過程，濕過程模擬結(jié)果與外部、內(nèi)部、邊界條件之間相關(guān)性更弱，因而更加難以進(jìn)行預(yù)判，因此對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬實(shí)際使用條件、長(zhǎng)周期、動(dòng)態(tài)的評(píng)估具有必要性.

4? ?結(jié) 論

目前我國(guó)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)研究偏重單純的熱過程，濕過程僅基于Glaser模型進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估，本文對(duì)北美典型氣候區(qū)15組外墻構(gòu)件進(jìn)行HM模擬，明確氣候參數(shù)、材料參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響，以及HM模型和Glaser模型之間的差異.模擬和分析結(jié)果對(duì)我國(guó)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的氣候參數(shù)、材料參數(shù)和評(píng)估方法的研究具有參考意義.

1）氣候參數(shù)的影響.相關(guān)性分析表明環(huán)境相對(duì)濕度和降雨因素對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境和建筑熱濕性能有顯著影響，未考慮風(fēng)驅(qū)雨參數(shù)的模擬會(huì)造成對(duì)構(gòu)造含濕量、年能耗量和構(gòu)造熱濕流量的低估，對(duì)于主體層外露的構(gòu)造類型，液態(tài)水影響大幅高于氣態(tài)水.

2）材料參數(shù)的影響.由構(gòu)造層含濕量引起的導(dǎo)熱系數(shù)變物性取值對(duì)年能耗量、室內(nèi)熱環(huán)境和建筑構(gòu)件熱流量有顯著影響;蒸汽滲透阻力因子變物性取值明顯影響構(gòu)件濕傳遞，但對(duì)室內(nèi)濕環(huán)境和年加濕&除濕量的影響不明確.

3）受氣候條件、構(gòu)造類型等因素影響，全年動(dòng)態(tài)模擬顯現(xiàn)出和建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)評(píng)估不同的結(jié)果，對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬實(shí)際使用條件下長(zhǎng)周期、動(dòng)態(tài)的評(píng)估具有必要性.

致謝? ?Fraunhofer IBP（德國(guó)費(fèi)勞恩霍夫建筑物理研究所）為本研究提供WUFI Plus計(jì)算機(jī)程序使用權(quán); Matthias Pazold先生、Manuel Lindauer博士和Simon Schmidt博士為模擬方案和軟件使用提供建議與技術(shù)支持.在此鳴謝.

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