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建筑科学

WUFI的原则、用途和限制

在建筑科学公司专家会议上审查了湿热分析

图1 / 4
约瑟夫博士Lstiburek在马萨诸塞州韦斯特福德举行的2014年湿热模拟专家会议上发言。
图片来源:能源先锋
约瑟夫博士Lstiburek在马萨诸塞州韦斯特福德举行的2014年湿热模拟专家会议上发言。
图片来源:能源先锋
组件中的湿气运输,这是Joe Lstiburek博士在2014年11月BSC专家会议上关于湿热分析的演示幻灯片。
图片信用:建筑科学公司
热和水分流动方程
图像信用:阿基里斯卡拉古斯
Joe Lstiburek和Achilles Karagiozis在宾夕法尼亚州匹兹堡举行的2013年北美被动屋会议上共进晚餐。
图片来源:能源先锋

Joseph Lstiburek博士于2012年开始研究他的主题演讲在被动房屋会议上,他说冰屋是第一批被动房屋,你不需要WUFI,1利用湿热建模工具,能够设计和建造好房屋。阿基里斯博士,武法领先的领先支持者之一,曾在2013年韦斯特福建筑科学研讨会上举行介绍。在它中,他描述了一个方案,其中乔在阿拉斯加的直升机坠毁中,不得不建立一个冰屋来生存。在今年被动房屋会议上,阿基里斯在同一个主题上扩大了。

上周at.建筑科学公司在BSC的年度专家会议上,他们两人在同一天举行了为期一天的湿热模拟研讨会。作为奖励,建筑科学公司的Kohta Ueno介绍了他对保温砖墙中嵌入木托梁的建模和监测工作。如果你不在那里,你会错过这些。

水中的一课

“建筑中最大的三个问题是水,水,水。”古斯·汉德戈德很久以前就说过这句话,现在仍然是真的。(现在我知道我在《圣经》中引用的这句话的变化归功于谁了马特·里辛格的夏令营视频.)

LSTIBUREK与此报价开始了他的幸福建模课程,并对建筑科学,热力学规律以及水的行为的基础知识进行了美好的解释。虽然我们大多数人都在考虑本周土耳其和南瓜芝士蛋糕的流动,但它是火腿 - 热,空气和潮湿的流动 - 这对建筑科学的巨大关注,乔表明它是如何工作的。

焦点集中在水上,水本身就是建筑的三大问题。根据乔的说法,80%的建筑问题都与水有关。

课程涵盖了基本面,但是在通过多孔介质和通过组件讨论水的运动时,乔真的很闪耀。他讨论了四个 - 是的四个阶段的水。2当然,液体、气体和固体是众所周知的,但吸附水的行为与这三种物质中的任何一种都不同。

吸附和吸收之间的区别是一个重要的区别。对于多孔材料中的水,吸收液态水会填满毛孔。想象一块吸水的海绵。吸附只是几层水分分子衬里孔的表面。吸附的水从液体或蒸气阶段的水不同地移动,并且对建筑科学具有重大影响。

在解释基础知识之后,LSTIBUREK进入了不同机制的细节,使水通过材料和组件移动,如下表所示(参见图像#2),从演示幻灯片(您可以从BSC网站下载)。他涵盖了蒸气压、浓度、开尔文方程、接触角和表面能,使一切都有意义。

这是一个非常棒的演示,如果你还没见过乔医生是怎么做的,我非常推荐。他在这里所做的很多事情都是他为期两天的建筑科学基础课程的一部分。

Wufi的任务

当热量、空气和水分通过材料、组件和外壳时,它们的过程非常复杂。例如,水分可以通过下表中列出的任何机制移动(见图2)。当然,事物总是随着时间而变化的,流程通常也取决于通过组件所采取的方向。属性会根据你的选择而改变。(用一个奇特的物理学术语来形容这种现象是各向异性,而有趣得令人称奇的删除操作符âˆ正是在此发挥作用。)

Wufi通过组装模拟热量和水分流动。它可以在各向同性(各方向均匀)材料或组件中做得非常好的工作......如果你得到的输入。这意味着什么,您可以在组装领域的一维流动获得非常好的结果,例如墙壁或天花板。去年我写信wufi 1-d并表明它可以告诉你材料是如何基于水分积累或随时间烘干的模具。

WUFI试图解决的方程如下图所示(见图#3)。该软件以数字方式完成这一工作,并要求用户输入大量关于被建模的组件的信息。该解决方案显示,随着时间的推移,热量和水分在总成中传播。

根据乔的说法,当武力从德国遇到大西洋时,它没有做好加入空气流或雨的良好工作。现在,该软件与它们进行了更好的工作,更接近下表中所示的传输机制的准确建模。您仍然必须知道风力驱动的雨或空气泄漏到模型,选择正确的天气位置,但“Wufi已准备好进行黄金时段,”Lstiburek说。

WUFI的使用

当您使用WUFI并获得结果时,您可以了解有关程序集或程序集集合可能的行为的很多信息。你可以做的一件事是模拟一种新型墙体组件的性能,看看它是否会充分干燥。

您还可以将整个外壳的性能建模为程序集的集合。这就是WUFI Passive所做的。PHIUS允许认证被动式房屋顾问使用PHPP或WUFI被动式房屋来认证被动式房屋项目。这个版本的软件集成了被动房的要求,所以它给你一个动态的观察发生了什么与组件以及外壳内的条件,以及它是否通过或失败。

Karagiozis表示,需要像Wufi这样的湿热分析工具来解决Ashrae的设计方法。他说,我们之前不需要它,因为建筑物更容忍错误。但是,现在,我们需要它:

  • 增强的舒适要求
  • 节能减排
  • 新材料

我们可以使用Wufi,Karagiozis表示,为更高的干燥性能,更好的水管理和更多的原始系统设计。

据Lstiburek说,现在越来越多的建筑合同中也包括了湿热分析。但这是一件好事吗?

医生对WUFI局限性的建议

Lstiburek博士和Karagiozis博士都提醒观众WUFI的局限性。Karagiozis举了一个例子,他在做演讲时,读了Lstiburek在教室后面一直举着的一张普通纸上的笔记。不管你的眼睛有多好,你都不能很好地阅读那张纸。

Karagiozis还说,重要的是要使用实际材料的运输特性,这将用于组装。你不能使用通用属性,因为不同产品的密度、渗透率和其他属性是不同的。例如,欧文斯康宁(Owens Corning)的挤压聚苯乙烯(XPS)就没有陶氏化学(Dow)的XPS的性能。

在Lstiburek的声明中,湿热分析越来越多地被纳入到合同中,随之而来的是一个巨大的警告信号。他说,机械和结构工程师最有可能是那些必须进行建模的人,但如果他们不知道使用WUFI的技巧,他们就会得到错误的答案。

例如,他告诉我们在休斯顿的一个案例,一个工程师运行WUFI,发现建筑的墙壁被内部的水蒸气弄湿了。所以工程师在干墙下面指定了一个蒸汽屏障。“当你得到错误的答案时,你不应该这样做,”乔说。他的意思是,当你没有意识到你得到了错误的答案时,你不应该这样做。

除了乔和阿喀琉斯所说的,上野Kohta还介绍了到目前为止他在“建设美国”项目中所学到的东西,他们一直在BSC(你可以从BSC网站下载)。他们一直在建模和监测绝缘砌体墙壁中的嵌入式木托床中的热量和水分流量,这是一个相当普遍的施工。他得出的结论是在三维湿热问题上使用1-D模型不推荐,主要是因为输入和变量大量。他说你可以花很多时间在模拟这样的问题上,但它可能不是很有用。

什么时候使用WUFI?

据乔说,Wufi绝对有其用途。这些用途是在组件中,没有轨道记录,如超级超级无源房屋项目。使用R-40桁架墙壁或R-60绝缘屋顶线,误差的余量较小,Wufi可以提供有价值的见解,以便这些组件如何工作。您仍然需要跟进监控实际性能,但建模可能会帮助您避免昂贵的错误。

“工具是现象,”乔说,但他希望通过使用Wufi来减少人们的错误。为此,BSC正在致力于帮助用户学习他们处理的宽容。BSC团队正在汇集将产生某些结果的输入列表,以便用户获得输入和输出的感觉。

“我希望现在已经完成的三分之二的建模,”LSTIBUREK“说,”和所需的建模是正确的。“

《冰屋编年史》第四部怎么了?

如果您在过去两年中一直在遵循距离的辩论,那么您可能会认为乔和阿基里斯彼此讨厌。没有东西会离事实很远。他们在一起工作了很长时间,乔令人钦佩地谈论阿基里斯的所有工作时间都读书和评论他的博士论文。我必须在2013年北美被动房屋会议上与他们共度时光,很明显这两个男人喜欢和尊重对方。(顺便说一下,下面的图像#4的金发女郎模糊是BETSY Pettit,Joe的妻子和BSC的商业伙伴。)

但我只是希望他们能延续冰屋的主题。我不认为他们两人在WUFI专家会议上提到过冰屋(尽管阿喀琉斯提到了蜡烛)3.),所以他们打消了我把这篇文章命名为“Igloo chronicles,第四部分

Allison贝尔斯他是一位演说家、作家、能源顾问、resnet认证培训师和《能源先锋的博客.看看他的深入课程,掌握建筑科学并在Twitter上关注他@EnergyVanguard

脚注

1.WUFI代表Wärme- Und Feuchtetransport Instationärs,按字面翻译(根据谷歌的翻译)为热量和水分输送不稳定

2.因为我是一名物理学家,当我第一次听到有人谈论水的四个阶段时,我认为第四阶段应该是等离子体,但等离子体在科学建设中并没有真正发挥作用,除非你在物理实验室或核聚变反应堆工作。

3.在他早期的WUFI演讲中,阿喀琉斯描述了一个场景,在阿拉斯加直升机坠毁后,乔燃烧蜡烛,试图在他的临时冰屋里保持足够的温暖,以避免死亡。在今年的PHIUS会议上,他还告诉观众,乔喜欢蜡烛,尤其是香薰蜡烛,所以如果你想成为他的朋友,就送他一支蜡烛。所以我上周给了他一个。你也应该这么做。

12个评论

  1. 特里李||#1

    差价合约
    他说,机械和结构工程师最有可能是那些需要建模的人,但如果他们不知道使用WUFI的技巧,他们就会得到错误的答案。”

    “如果你输入正确的话。”

    在其他行业,工程师不做CFD(计算流体动力学)建模。这里有物理学、空气动力学、热力学等领域的专家,甚至还有专门从事研发的团队。通常,实验室中的热流测压元件通过交互作用(有时是多次交互作用)进一步开发输入,并根据特定的设计对模型进行校准。有共性或经验数据,但通常每个地点都需要分析。垃圾进垃圾出,包括用户。

    该信息或负载转移到FEM(有限元建模)。有一些软件集成了这两个,但从我的理解没有那么有效。

    我对这个过程有足够的了解,不要浪费你的时间,除非你有时间,知道你在做什么。从实地观察中可以得到很多信息。

    此外,观看所有的“烫发评级这个和那个”的猜测工作是很有趣的,这让人们看起来他们知道他们在谈论什么。;)

  2. 理查德拜托||#2

    “没有相同的属性”
    “你不能使用通用属性,因为不同产品的密度、渗透率和其他属性是不同的。例如,欧文斯康宁(Owens Corning)的挤压聚苯乙烯(XPS)就没有陶氏化学(Dow)的XPS的性能。”

    说得很好,但是在组装这些结构的领域里的人并不了解这些动力学。大多数不依赖任何其他来源,但这些产品存储在货架上HD或Lowes。这是他们的工程师!
    此问题将使大多数建设者和解决方案建设者的日光混为一组。在GBA博客上不断地说出泡沫面板,好像产品与类似的产品没有差异。乔博士说,这一定是真的!;)

    Terry,我喜欢你的话!此外,观看所有的“烫发评级这个和那个”的猜测工作是很有趣的,这让人们看起来他们知道他们在谈论什么。,)”

    这是千真万确的!有些人似乎以使建筑系统复杂化为生。难怪我们的家充满了难以置信的化学物质,我们的家总是需要维修。建筑是科学项目,为少数精英通过艺术的困惑进行实验!

  3. 查理沙利文||#3

    等离子体
    等离子体也用于荧光灯。其中最好的仍比大多数led具有更高的功效和更好的色彩。

  4. Aj Builder,纽约上州6a区||#4

    乔是最好的攻击对象
    乔是现代建筑界的最佳人选。

    理查德,你的职位对我来说毫无意义,你的检察官又来了。祝你好运。大多数建筑商都是根据建筑师的计划建造房屋,并在他们的办公室里堆成一堆。

    你的高清情景让我笑着感谢笑声。

    你应该建造十年,进入另一边,然后在这里回到你的帖子,看看你的想法。我认为对你有趣。

    特里,是的,我们知道你是工程师!我第一个也是唯一的想法就是尽快参加一个Joe L.的研讨会。我有。乔是建筑界众神之神。你,没有评论,有趣的是......你打开门,我从不打开我喜欢的门,虽然无论如何,虽然经常无关紧要。

    关于Wufi Allison的好博客,谢谢。

  5. 特里李||#5

    AJ.
    我以为你是建设科学之神......这是你的自由流动的聚氨酯泡沫回家吗?

    http://www.zillow.com/blog/bethesda-mushroom-house-house-163230/

    你是用WUFOOL来设计的吗?;)

  6. 丹科尔伯特||#6

    链接到纸吗?
    艾莉森 - 这是你在上面谈论的论文吗?http://www.buildingscience.com/documents/confpapers/cp-1301-field-monitoring-simulation-historic-mass-masonry-retrofitted-interior-insulation/view?searchterm=Kohta%20Ueno

    及时 - 我们只是谈论我们最近的讨论组(关于建立科学错误的忏悔会议,我们已知和被爱的忏悔会议。或者至少存活)。

  7. Aj Builder,纽约上州6a区||#7

    特里和往常一样无关紧要
    而且一点也不有趣。

  8. GBA编辑器
    Allison A. Bailes III,PHD||#8

    回应丹科尔伯特
    丹,不,这是上周与Kohta演示文稿的链接:

    http://www.buildingscienceconsulting.com/presentations/documents/03_Embedded_Wood_Joists_Insulated_Masonry_Walls_Ueno.pdf

  9. 特里李||#9

    WUFI处理
    理查德,除了我引用的那篇文章,你引用的那篇文章让我笑了至少有人知道这到底是怎么回事。属性输入是设计过程的重要组成部分。

    AJ写道:理查德,你的帖子对我来说毫无意义,你又开始起诉我了。祝你好运。大多数建筑商都是根据建筑师的计划建造房屋,并在他们的办公室里堆成一堆。

    AJ你在这个网站上嘲笑那些有设计经验的人,而你显然没有!我很惊讶GBA允许你继续个人攻击专业人士。我们试着忽略你,但是,它确实变老了。我相信你的大部分经验就在这里的GBA,你不是一个建设者,没有真正的设计工程经验....你所有的都是“不相干的”不准确的评论,让我们看看你的一些,

    AJ写道:理查德,你的帖子对我来说毫无意义,你又开始起诉我了。祝你好运。大多数建筑商都是根据建筑师的计划建造房屋,并在他们的办公室里堆成一堆。

    绝对正确! !首先,我不认为美国的“大多数建设者”任命你为发言人,所以你可以为自己说话。我敢肯定,你永远没有资格代表“大多数建筑商”。

    在美国,绝大多数的房屋都不是按照计划建造的。大多数司法管辖区允许建筑编码,称为“规范路径”,由一个委员会(IRC)与制造商共同开发的已知代码,而不做计划审查。代码有缺陷(不同的主题)。按规定检查房屋。如果你想定制设计(很少)或不编码,你需要一个计划,专业的工程师,也许还有一个独立的检查人员,了解设计。商业需要公共安全计划。另外,这和WUFI或者博客没有关系。Richard说得很对,WUFI通常不是这个过程的一部分。承包商,建筑商,扮演着工程师的角色,他们对它一无所知,并且被允许在家里工作。这就是为什么房子是一团糟的原因,最多只能维持20-25年。 In professional industries builders would not be allowed to be part of this blog discussion. Why? because just like you they just don't get it and bog the conversation down with "irrelevance" which is really a lack of education and experience. Most engineers stay out of building, most builders stay out of Engineering. The only time an Engineer should communicate the design with a builder is to make sure it is build able, thats all! In a mass manufacturing environment this is critical, since large budget is in building, not short term R$D. Had you ever been part of the design-build professional process you would know this, understand CFD and WUFI. The reason you can not identify is again, you have no clue what you are talking about or the subject matter, "as usual".

    AJ写道:你应该花10年时间去创造,然后回到自己的岗位,看看自己的想法。我认为对你有趣。

    我看不出这怎么适用于WUFI?你面前有理查兹的简历吗?你怎么知道他造了什么?

    AJ写道:和特里是的,我们知道你是一名工程师!我第一个也是唯一的想法就是尽快参加一个Joe L.的研讨会。我有。乔是建筑界众神之神。你,没有评论,有趣的是......你打开门,我从不打开我喜欢的门,虽然无论如何,虽然经常无关紧要。

    相信你,我不重视你的“想法”或你认为我需要参加的研讨会,完全“与博客无关”......我已经拥有了比乔在设计中不比乔更多的经验,30 +年设计和建筑,相信我,当我说我不需要参加他的一个研讨会来学习这个过程。我建议你做,并避开你没有经验的主题。请留下他们的帖子的议员。我们在这里并不是为了确保您了解基本工程原则,此网站最后我检查,不是一个工程101学校为建设者。如果您想成为工程师或设计师的代价,请获得一定程度,在工程公司获得雇用,获得真实!

    回到博客…

    设计软件确实需要指定每种材料的机械和热性能,而不是泛泛而论。我见过材料属性的最小变化会产生巨大的变化。例如,密封件或泡沫的玻璃化转变温度,或泡沫允许的变形和蠕变。我们刚刚在一个地下室的博客上讨论过这个问题,很多人都不理解泡沫的蠕变和变形。将蠕变和挠度作为材料的输入特性,以及许多其他特性,如弹性模量,拉伸,剪切,含水率极限等,CFD软件可以应用水分,水,动力学等,确定通量载荷,可进口并用于确定对机械或结构性能或材料允许量(应力/应变、挠度、蠕变、真菌等)的影响....在健康的基础修复行业,水通常是一个问题,这将是非常有用的。另一种可以预测的失效模式是管道的锈蚀和化学破坏,电蚀和点腐蚀,生命周期等....

    我所在的行业每天都这么做,所以它已经做了,没有什么新鲜的,文章中的评论是常识,但正如我所说的,它变得昂贵。这是非常有用的,模型可以显示运动学(围绕一个轴的运动)或更糟的情况下的变形,在3D的地下室,有测量工具。模型显示了失败的路径,一个好的设计师可以改变那条路径。是的,一些工业实际上可以设计故障路径,如果输入参数是准确的。设计失败。我们还可以设计裂纹扩展和扩展方向。同样,这里也有主题专家。

    这篇文章没有提到的另一个重要部分是“人因工程”。同样,这里也有主题专家。我使用“80%百分位男性或女性”.....制作了模型和研究物质属性分配给人类。在过去,在美国,我们只包括美国人,现在是国际人,这改变了大小的形状。这是由国际标准控制的。

    话虽如此,我不确定建筑行业是否会达到一个综合性的、易于使用的、准确的、可负担得起的程序。至少,正如Richard指出的那样,根据法律,工程师是家庭设计过程的一部分,而代码已经在没有制造商的情况下采用了CFD分析,制造商被要求测试和披露由合格的设计工程师或建筑师设计过程中的所有材料允许量。在精确的设计过程中有很多变量和复杂性。即使是那些拥有昂贵工具的公司也会犯错。

  10. 丹科尔伯特||#10

    谢谢你的链接
    我们面临着同样的困境。最后,我们只能对外壳的一小部分进行隔热,所以我们认为不值得冒这个风险和花费这么多钱。但如果我们这样做了,我在考虑在波束末端埋一个无线HOBO表,并监测几年的情况,直到电池耗尽。

  11. 蒂姆小||#11

    缺乏良好的材料数据也是一个重要的WUFI缺点
    考虑到Wufi中必须使用的频率,Wufi材料目录中的PIR绝缘材料进入相当差 - 它假设:

    线性导热,湿或干(绝对不适合未老化的戊烷吹制PIR)
    X恒定导热率,湿润或干燥(绝对是错误的)
    x恒定水蒸气扩散抗性(绝对是错误的)
    X湿度依赖的水分储存是不准确的(特别是在非常高的湿度下)

    这些缺点使得在某些情况下,平板和绿色屋顶下的PIR模型非常不准确。

    其中至少有两三个缺点也适用于WUFI的运输EPS和XPS材料定义。

    WUFI真的可以做一个在线用户组装和材料图书馆(就像草图大师为用户生成3 d模型),但即使这样,PIR模型是不可能的对于解决当前WUFI的用户,因为我不认为它支持电阻温度依赖蒸汽。

    同样,作为一个在软件行业工作过的人,我不得不说,WUFI用户界面有点糟糕。

    WUFI仍然是一个优秀的工具,在很多情况下,它比没有要好得多,但它的一些方面处理得太像一个25美元的共享软件工具大约1995年,而不是一个1000美元的专业建模软件。

  12. Aj Builder,纽约上州6a区||#12

    添加特里
    好吧,我希望你添加了许多有用的信息,为我们所有的建设者参考。也许有一天,你的照片会和其他四位建筑科学作者一起出现在GBA网站上。

    Terry,如果有一天我们见面,我会向你展示我用不到一个工程团队或完成学位就完成的所有整洁的项目。我想你会喜欢很多的。

    很高兴您喜欢分享您的工程敏锐。即使是梦想的工程集团建造房屋,我也会享受你的帖子,我不信任。让球队运行,生产一些家园,我很乐意看到结果......你的激情似乎很棒,无穷无尽的超级。

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