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(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間的跟蹤觀測(cè),完成了如下幾個(gè)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(guó)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(lái)提升外墻外保溫的整體保溫隔熱性能,既降低了對(duì)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(jì)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(jì)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(gè)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(guó)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(jì)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(jì)算自然對(duì)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(shí)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(jì)精度的封閉空氣層隨厚度、高度改變時(shí)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(jì)應(yīng)用提供

4、了簡(jiǎn)便的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)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(shí),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(jì)算分析,本文獲得了空氣層與不同保溫材料組合時(shí)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(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能要求時(shí)的最佳比例組合。為小框體系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(chǎng)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(lái)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(zhǎng)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(píng)價(jià)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(cè)的溫度擬合成簡(jiǎn)諧溫度波作為外部擾量,采用第三類邊界條件,計(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo):內(nèi)壁面溫度、熱流密度、衰減倍數(shù)及延遲時(shí)間,通過與國(guó)家規(guī)范推薦做法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(cè)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(duì)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(shí)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(duì)試點(diǎn)工程兩個(gè)對(duì)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(cè)試并與前文理論分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(gè)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(jì)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(jì)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(duì)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