小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.pdf

1、建筑節(jié)能是當(dāng)今建筑界共同面對的重要技術(shù)領(lǐng)域,改進(jìn)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能、結(jié)構(gòu)性能、耐久性能是外墻外保溫技術(shù)發(fā)展的重要方向。本文針對當(dāng)前外墻外保溫系統(tǒng)存在的質(zhì)量通病,以滿足建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),提高使用壽命并降低后期更換和維修成本、以及提高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能、耐久性能為目的,研發(fā)了小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)。通過理論分析、數(shù)值模擬及在試點(diǎn)工程中長時間的跟蹤觀測,完成了如下幾個方面的研究:
　　 (1)小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)的初步提出

2、
　　 以國家規(guī)范推薦的技術(shù)做法為依據(jù),將封閉空氣夾層與保溫材料優(yōu)化組合,通過合理利用封閉空氣夾層的熱惰性來提升外墻外保溫的整體保溫隔熱性能,既降低了對保溫材料的需求量,減輕了系統(tǒng)的自重,降低了保溫材料生產(chǎn)過程中的能源消耗,又減少了保溫系統(tǒng)壽命到期后的垃圾處理;通過設(shè)計抗剪鍵削弱外飾面層的溫度應(yīng)力峰值并降低開裂機(jī)率,通過結(jié)構(gòu)受力體系的設(shè)置使得保溫隔熱系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用周期相匹配。從保溫隔熱分體系、結(jié)構(gòu)分體系、連接構(gòu)造分體系

3、三個層面研發(fā)出小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)?；谝陨铣晒呀?jīng)獲得國家專利2項(xiàng)。
　　 (2)推導(dǎo)了封閉空氣層基于幾何尺寸變化的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)計算方程
　　 根據(jù)空氣層熱遷移理論,引入當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù),用傅立葉熱傳導(dǎo)公式的形式計算自然對流的傳熱量,本文研究了封閉空氣層隨厚度、高度、溫度差等外界條件改變時其當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的變化規(guī)律,并獲得了滿足工程設(shè)計精度的封閉空氣層隨厚度、高度改變時的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)曲線方程,為小框體系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用提供

4、了簡便的導(dǎo)熱系數(shù)計算方法。
　　 (3)獲得了保溫隔熱分體系中封閉空氣層的最優(yōu)尺寸區(qū)間
　　 在固體保溫材料與空氣層這種特殊材料進(jìn)行組合時,其保溫隔熱性能隨空氣層的尺寸、比例以及固體保溫材料自身性能的不同而變化。通過計算分析,本文獲得了空氣層與不同保溫材料組合時空氣層的最優(yōu)尺寸區(qū)間,變化敏感區(qū)域以及滿足規(guī)范對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能要求時的最佳比例組合。為小框體系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 (4)小框體復(fù)合

5、保溫隔熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能分析
　　 本文在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上建立住宅建筑中常見的帶窗洞外墻的尺寸模型,以彈性力學(xué)為基礎(chǔ),主要模擬小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)在夏季極端高溫、低溫溫度場作用下的應(yīng)力變形規(guī)律,并與傳統(tǒng)的外保溫做法進(jìn)行比較。結(jié)果表明窗洞四周的變形和應(yīng)力值較大,溫度應(yīng)力σx、σy和τxy是外飾面層開裂的主要原因。本文提出通過在外飾面層增設(shè)抗剪鍵的做法來降低在極端氣候條件下的應(yīng)力峰值,進(jìn)而減少或推遲裂縫的產(chǎn)生,從而降低保溫系統(tǒng)發(fā)

6、生滲漏、開裂的機(jī)率,提高了結(jié)構(gòu)性能,延長了使用壽命。
　　 (5)小框體復(fù)合保溫隔熱系統(tǒng)的熱工性能分析
　　 依據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)評價指標(biāo),基于墻體非穩(wěn)態(tài)傳熱的物理模型,以熱力學(xué)能量理論建立了非穩(wěn)態(tài)傳熱的導(dǎo)熱微分方程,并根據(jù)房屋內(nèi)外壁實(shí)測的溫度擬合成簡諧溫度波作為外部擾量,采用第三類邊界條件,計算出小框體復(fù)合保溫隔熱分體系的圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗評價指標(biāo):內(nèi)壁面溫度、熱流密度、衰減倍數(shù)及延遲時間,通過與國家規(guī)范推薦做法的計算結(jié)果進(jìn)行對比,

7、證明了小框體自身保溫隔熱性能同比的優(yōu)越性。
　　 (6)小框體復(fù)合保溫隔熱系統(tǒng)的模擬應(yīng)用及實(shí)測驗(yàn)證
　　 為了更好的檢驗(yàn)該系統(tǒng)的性能,本文在研發(fā)的基礎(chǔ)上對該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,并將其運(yùn)用到鄭州市的某試點(diǎn)工程。通過其在冬季和夏季分別基于不同朝向、保溫層厚度、室內(nèi)舒適度指標(biāo)、區(qū)分時段采暖指標(biāo)等進(jìn)行能耗模擬,得出適合小框體復(fù)合保溫隔熱系統(tǒng)的工程應(yīng)用方式。通過對試點(diǎn)工程兩個對比房間的外墻熱阻、表面溫度、墻體熱流、房間能耗指標(biāo)進(jìn)行240

8、h的跟蹤測試并與前文理論分析的結(jié)果進(jìn)行對比,證明了理論分析、能耗模擬方法的正確性及小框體的適用性、優(yōu)越性。
　　 (7)小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)的應(yīng)用方法
　　 從五個方面給出小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)的應(yīng)用方法:1研發(fā)系統(tǒng)的基本做法;2研發(fā)系統(tǒng)的適用范圍;3研發(fā)系統(tǒng)的主要材料及技術(shù)要求;4研發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計要點(diǎn);5研發(fā)系統(tǒng)的施工方法。
　　 (8)小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)構(gòu)造圖集
　　 為了小框體復(fù)

9、合外墻保溫隔熱系統(tǒng)的推廣及應(yīng)用,作者主編了《小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)構(gòu)造圖集》并收錄了本文的部分研究成果,是河南省重大公益科研計劃項(xiàng)目(081100910400)的科研成果之一。
　　 (9)獲得了小框體復(fù)合外墻保溫隔熱系統(tǒng)18種組合的熱工指標(biāo)
　　 根據(jù)擬合得到的小框體系統(tǒng)封閉空氣層當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)曲線方程,對小框體系統(tǒng)的保溫隔熱分體系進(jìn)行優(yōu)化,將封閉空氣層與三種不同保溫材料組合,并與目前常用的墻體外圍護(hù)材料復(fù)合而成18