2.4.1 农业设施冬季保温设计在线视频

大家好

欢迎进入农业生物环境工程慕课

我们继续第2部分

农业设施的热质传递

与热工设计的学习

今天呢

我们来学习第4节

围护结构热工设计中的冬季保温设计

说到保温这个词

大家都很熟悉

比如冬天呢

我们会穿棉衣

戴手套

这就是保温

当然

生活中我们也习惯称之为保暖

那么保温

对建筑物具有什么意义呢

我们知道

建筑物处于自然环境中

在冬季

室外温度会一直低于室内温度

所以建筑物的围护结构

始终处于由内向外传热的一种状态

这种热量的流失

如果不采取措施

就会导致室内的低温问题

甚至会影响设施生产

所以

为了维持生产所需要的环境温度

我们一方面要提高建筑的保温性能

尽量留住室内的热量

另一方面呢根据需求

我们还需要进行必要的调控

比如采暖

但是采暖

就意味着能耗

意味着成本

也意味着排放

所以

建筑的保温设计

是冬季热环境调控的基础

在良好保温性能的基础上进行调控

一方面

可以减少加热负荷

节约调控的消耗

随之而来的呢

也会降低生产成本

减少污染物排放对环境的影响

另一方面

会减少外界温度波动

所导致的室内空气温度

和围护结构内表面温度波动的幅度

从而提高室内环境的舒适性

明确了保温设计的意义

那我们再来明确一下保温设计的要求

目前我们采用的

最基本的保温设计要求

是不结露的要求

即在室内

室外计算温度的条件下

围护结构所具有的的最小热阻

至少应保证围护结构内表面

不出现结露现象

由此

我们就知道了

围护结构的最小热阻

就是我们要控制的保温设计的指标

以内表面不结露作为目标

说明结露现象

对建筑的影响非常大

那么

这种结露

到底会对建筑产生什么样的影响呢

我请大家看这样一幅图片

非常直观

我们能够看到图片中

墙面发霉了

那么发霉的原因

根据我们的生活经验

很容易就知道

是表面潮湿所致

即表面发生了结露的现象

其结果

首先是

最直观的

就是这种霉变

这种霉变会影响美观

会影响室内的卫生环境

其次

墙面的结露

会导致墙面温度下降

产生冷辐射

影响房间的舒适性

除此之外

这种墙面的凝结水

如果渗入到墙体内部

会使结构受损

导致结构安全上的隐患

所以呢

我们要避免围护结构表面发生结露现象

要想避免这种现象

那我们首先就得知道

产生这种现象的原因是什么

我们仍然用

空气焓湿图来进行分析

假如室内空气处于a状态点

此时空气的温度18摄氏度

相对湿度65%

那么此时空气的湿球温度是12摄氏度

如果此时

墙面的温度就是12摄氏度

或者更低的话

会出现什么问题呢

是的

这个时候墙面就会出现结露现象了

所以说墙面结露的原因

是墙面温度

达到或低于室内

空气露点温度所致

在这个案例中

如果想确保墙面不出现结露现象的话

那么就应该控制

室内空气和墙面之间的温差

小于等于6摄氏度

那下面

我们就来看看如何通过围护结构的

最小热阻

来确保这个温差呢

我们仍以这个冬季墙体传热的

示意图来为例

来进行分析

在这里呢

左侧是高温的室内环境

右侧是低温的室外环境

所以热流的方向是从高一侧至

低温一侧

我们定义室内空气温度为ti

室外空气温度为to

墙体内

外表面温度分别为θi和θo

同时给出室内空气温度的露点温度为td

那么根据前面所学

在一维稳态传热条件下

通过围护结构的热流量

对墙体内表面而言呢

等于室内空气与

围护结构内表面的温差

除以内表面的换热阻

而对整个墙体而言呢

等于室内外空气温差

除以围护结构的传热阻

二者是相等的

由于围护结构的传热阻

也等于围护结构内表面换热阻

外表面换热阻

以及围护结构的热阻之和

于是根据以上两个公式呢

我们就可以推导出

这个围护结构热阻

Rw的计算公式了

我们可以看出

在这个公式中

包含了室内外空气的温差

室内空气与围护结构内表面的温差

以及

内表面换热阻和外表面换热阻

内表面不结露的要求

如果用允许温差的形式来写的话

就是室内空气与围护结构表面的温差

要小于等于室内空气干球温度

与露点温度之差

根据内表面不结露的要求

我们将分母的

室内空气与

围护结构内表面的温差

用室内空气的干球温度

与露点温度之差来代替

于是

我们就可以写出

围护结构

的最小热阻的计算方法了

在这个公式中

我们可以通过查表获得

内外表面的换热阻

那么剩下的

就是室内外空气的计算温度

该如何取值了

室内的计算温度ti

通常

取室内设计温度

即根据设施农业生产的需求而定

比如要考虑畜禽的种类

饲养工艺

饲养阶段

以及生产管理上的要求等等

而室外的计算温度呢

我们需要通过以下方法来进行确定

在这里我们先定义两个温度

一是采暖室外计算温度

这个温度

通常按（累）年年平均不保证5天的

日平均温度进行计算

二是累年最低日平均温度

这个温度

按历年最低日

平均温度中的最小值进行计算

在此基础上

我们来确定冬季室外计算温度to

这个温度的确定

还要考虑围护结构的热稳定性

所以

我们给出

在不同围护结构热惰性指标的前提下

室外计算温度的取值方法

比如

当围护结构的热惰性指标

大于等于6.0的时候

我们可以直接取为采暖室外计算温度

作为我们室外空气的计算温度

而当围护结构的热惰性指标

大于等于4.1

小于6.0的时候

室外空气计算温度

需要下调

即采用0.6倍的

采暖室外计算温度

再加上0.4倍的

累年最低日平均温度

而当围护结构的热惰性指标

在1.6~4.1之间的时候

我们进一步

通过

提升累年最低日平均温度的权重

来下调室外空气计算温度的取值

所以采用0.3倍的

室外采暖室外计算温度

加上0.7倍的

累年最低日平均温度的计算方法

而当围护结构的

热惰性指标在1.6以下的时候

我们就直接取

累年最低日平均温度

作为室外计算温度

由这个温度取值的方法

我们可以看出

随着围护结构热稳定性的下降

室外计算温度的取值

会不断下调

所以呢

这里实际上体现了安全性的原则

最后我们来介绍一下

围护结构的保温措施

一是在建筑的朝向选择的时候

我们要

尽可能利用冬季日照

从而在冬季获得更多的太阳辐射

同时呢

尽量避开冬季主导风向的影响

二是减少建筑物的外围护结构的表面积

比如说建筑的外形上

尽可能减少

平面或者立面上不必要的

凸凹的设计

三是在建筑材料的选用上

尽量选择导热系数小的材料

并且呢

要保证足够的厚度

以提升结构的热阻

第四

增加建筑物的气密性

我们都知道

寒冷的冬季

通过门窗缝隙以及开启进来的冷风

会影响室内的热环境和舒适性

所以要对一些

冬季不使用的通风口

门窗等

进行密封处理

同时对一些经常使用的出入口

要通过增加门斗等避风措施

来减少冷风进入的影响

最后

就是对一些围护结构的保温薄弱部位

比如

钢筋混凝土梁柱等

通常会成为散热较多的热桥

对这些部分

需要进行一些专门的保温处理

下面

我们总结一下课程的内容

今天呢

我们介绍了围护结构保温设计的意义

基于围护结构内表面不结露目标的

设计要求

学习了保温设计的指标

即围护结构最小热阻的计算方法

以及呢相关室内

室外空气计算温度的取值方法

另外呢

还给大家介绍了几种

常用的建筑的保温措施

以上呢这些内容

希望大家能够理解掌握

好

这次课就讲到这里

谢谢大家