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轻型木结构住宅节能与墙体传热研究

王晓欢  
【摘要】: 轻型木结构住宅以其独特的环境友善、节能降耗、结构安全、健康舒适等优势,为人们创造了良好的居住环境。在我国的住宅产业化进程中,尤其是城乡一体化建设,大力推广建造轻型木结构住宅,不仅在节约能源、保护生态方面能为人类社会作出贡献,而且人居环境的改善能给人们带来更舒心的感受。 住宅节能是当今建筑节能热潮中的重要组成部分,轻型木结构住宅节能是其得以推广使用的基本前提。本论文采用现场检测技术,对地处北京地区的轻型木结构住宅进行节能评价,研究了能耗、墙体保温性能和温湿度调节性能;采用热流计法和热箱法研究了国产材料制备的轻型木结构墙体稳态条件下的保温性能;并通过数值计算,得出了轻型木结构墙体的温度分布,揭示了传热规律。 论文主要研究结果如下: 1轻型木结构住宅节能效果显著,对居室空间具有良好的温湿度调节性能。 (1)轻型木结构和砖混结构住宅用于采暖的年电能消耗分别为120 kWh/(m2·a)和324 kWh/(m2·a),轻型木结构比砖混结构节约电能63%。比地处哈尔滨的砖混复合保温墙体结构和轻型木结构的采暖耗热量分别低48%和10%。 (2)轻型木结构住宅墙体平均有效传热系数为0.217 W/(m2·K),比我国现行节能65%标准中所规定的墙体传热系数限值还低52%,完全可将该类型的轻型木结构住宅推广到我国的严寒地区使用。 (3)实验住宅1轻型木结构1层室内温度为5.7℃~31.0℃,平均相对湿度为33%~75%;2层室内温度为6.7℃~34.6℃,平均相对湿度为31%~66%。实验住宅2胶合木结构2层室内温度为0.8℃~37.2℃,平均相对湿度为59%~76%。实验住宅3胶合木结构2层室内温度为-2.4℃~19.8℃,平均相对湿度为40%~44%。在冬季无采暖的条件下,住宅1的保温性能要好于住宅2和住宅3;夏季无制冷条件下,住宅2的相对湿度较稳定。 (4)在3~10月,轻型木结构外墙内部的温度高于室内和室外。但在11~1月,高于外温约11℃,低于室温3℃,沿着墙体从外向内温度呈增加趋势。墙体具有优良的冬季保温、夏季隔热的作用,且使室内空气温度分布均匀。相对湿度变化规律与温度相反,墙体内部低于室外和室内。 (5)各住宅在最冷月和最热月的温度变动比平均值均小于0.5,室内相对湿度波幅最小为11%,最大为35%。根据日室内温湿度延迟时间分布看,轻型木结构实验住宅1的温湿度调节性能强,保温防潮效果好;而胶合木结构实验住宅2夏季的相对湿度延迟时间较长,波幅小。 2人工林木材制备的轻型木结构墙体保温性能优异,可以积极推广使用。 (1)实验墙体1、2、3、6号有效传热系数为0.489~0.529 W/ (m2·K),其余墙体有效传热系数均0.4 W/(m2·K)。实验构造墙体的保温性能完全满足木结构住宅和钢筋混凝土框架木骨架填充墙体的使用要求。尤其是12号和13号墙体,有效传热系数0.3 W/(m2·K),用于严寒地区,节能效果显著。 (2)采用热箱—热流计法进行墙体保温性能检测,数据更加可靠。应用有效传热系数指标评价轻型木结构墙体保温性能。 (3)木墙骨框架之间填充岩棉保温,热阻至少提高2倍;胶合板可降低有效传热系数6%,聚苯板可降低有效传热系数26%,挤塑板可降低有效传热系数36%;端面尺寸45×140mm的木墙骨比45×90mm规格的轻型木结构墙体试件的有效传热系数降低6%~32%,对热流的抵抗能力增强。 3采用数值计算可准确地描述轻型木结构复合墙体各组成单元界面的温度分布。 (1)采用数值计算得到各组成材料界面的温度,与实验检测值基本吻合,可以直观、有效地评价墙体传热。 (2)岩棉的填充和挤塑板与聚苯板的覆面外保温决定了墙体构件的保温效果。木材作为框架材料,具有抵抗外界温度波动的作用。 (3)采用数值计算得出墙体结构各复合层界面上温度动态分布,使建筑师可以预测各种气候环境条件对轻型木结构墙体的长期作用,有利于节能保温设计。


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