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Hooneybee热维护结构计算(3):热桥分析

2021.04.07

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上一节课我们完成了对于热维护结构保温性能的计算以及方案的比对,还进行了不同环境下维护结果内部露点温度的计算。那么今天我们将继续学习therm模块,了解如何使用Therm进行热桥现象的分析以及对于不同热桥处理方法的评价。


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PART 1

热桥计算


首先线完成基本几何体的绘制以及材料与边界条件的赋予,我们采用一个典型的带保温层的复合砖墙进行分析。


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最外面石膏饰面


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主要支撑的砖墙


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胶合板


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聚苯乙烯的保温层


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内层石膏饰面


不过因为这次是要分析考虑到热桥现象真实维护结果,保温层里面我们有为固定保温板加设的金属锚固件。


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对于类似于这种真实构造结构的几何体绘制大家需要注意几个点:首先每一个部分都必须是封闭的区域,不能有开口。其次不同部分要紧密结合,不能留有空隙,即使是空气层,你也需要在里面单独设置一个区域然后指派材料为空气第三不同部分之前不能彼此重叠,这三个要求是大家一定需要注意的。


边界条件了也都采用了最为典型的边界条件。


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那么下面我们就对他进行一下热维护结构的计算


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那么我们就可以看到墙体的U值和内部温度。不同于之前均匀的温度变化,由于热桥的存在,热桥附件明显的会出现一个温度的凸起,并且在内表面靠近热桥的地方会产生一个低温区域,那么这里就是一个非常容易出现冷凝水的地方了。


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而如果我们切换到heat flux上面同样会发现在金属构件区域的热能传递要远远高于其他区域。当前整体墙体的U值为0.36左右。


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那么在这作为对比我设置了一个具有相同厚度和相同构造相同材料但是没有设置金属构件的墙体,也就是不考虑热桥的理想化墙体,我们可以计算一下它的U值。


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大家可以看到他的u值只有只有之前的2/3.并且内表面没有低温区,heat flux也为一个常数。所以通过这样一个热维护结构的参数化分析大家可以非常清楚的看出热桥现象的危害。那么下面我们就用Therm测试一下不同的解决热桥方法的效果。



PART2

效果对比


那么之前说了解决热桥主要有三种,阻断,替换和保温层。


首先测试阻挡,阻挡指的是将构建中连续的金属材料进行打断,用一些低导热性能的材料进行连接,那大家可以看到在金属连接件中我们使用了尼龙进行了打断。


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那么通过计算可以发现,借助打断,我们把U值从0.36降低到了0.30,并且热桥低温区域也得到了一定程度的缓解。


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接下来测试下替换,替换了就是用低U值材料来替换高U材料。比如可以使用木材来替换原有的金属。


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大家可以看到木材替换带来的保温性能的提升是要高于断桥操作的,所以可以得出,在寒冷区域当结构强度可以满足的前提下,使用木材制作链接构建是一个非常好的绿建设计策略。


那么最后我们评估一下保温层,对于之前的墙体我增添了一个空气夹层。



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但是在这对于空气夹层的材料我们需要仔细的说一下,因为这个空气层在大家的构造使用中非常广泛,但是EP自带的空气材料又一个很大的BUG.


还是现在材料库里面寻找需要的空气材料,输入Air,发现刚好有wall air space


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但连过去了这里面会有一个黄色的警告,并且当我们计算的时候,会弹出一个提升,直接继续,结果就是没有U值。


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计算结果U也是空值。


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回看下之前的提示,导热系数为0,那导热系数为0就以为这这个材料绝对不会发生热传递,但现实世界肯定没有完全不传热的材料,所以therm就会报错,后面也无法生成U值。


那么这里是EP官方材料弄错了吗?可以说是也可以说不是。说是大家都明白咱们这的的确确是报错了,说不是了主要是因为EP中的材料大多是使用Ashrae的预设材料,他们主要适用于建筑整体的能量模型计算,而非专业的热维护结构计算,那么相较于专业的热维护结构计算,建筑整体的能量模型计算对于导热系数的精度不会要求特别的高,而空气这种材料的确它的导入系数非常低,一般为0.026.所以在进行能量模型计算的时候EP直接把它的导热系数设为0其实对于建筑整体并不会有特别大的影响。但是在我们这样一个局部构造层面的计算中,这种把导热系数设为0的做法就不可接受了,所以在这我们不能使用EP中的Air space材质。


我们需要自行设置一个材质,使用thermal material


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thermal material 两个必须输入端,名称就叫air,导热系数为0.026.


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现在我们就获得一个正确的参数了,最后的U值为0.14左右。


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如果单纯从保温性能上来说空气层是一个非常有效的做法。


那么这就是使用Thermal进行热桥分析和不同构造方案对比的一个基本操作。在大家的实际使用过程中就可以将自己的不同的二维构造设计使用我们的thermal polygon运算器一次识别到GH中,通过设置相同的边界条件,测试不同构造的保温性能。并且针对特定的场地我们还可以直接对于维护结构进行露点温度的测试,检测是否会发生冷凝现象。


当然说到这可能有的童鞋会想,我们能否Thermal里面设置的这些考虑到实际热桥现象的复杂构造运用到我们Honeybee能量模型的计算中了?答案是肯定的,所以下期教程我们将介绍Thermal中另外一个非常重要的知识点:使用thermal对于能量模型的构造进行修正。




-End-




编辑 | 与鹿

校对 | 与鹿


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