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基于节能的严寒地方秸秆农宅方案确立及验证

发布时间:2020-04-09 20:38 论文编辑:若诗 价格:150 所属栏目:建筑学论文 TAG: 严寒地区  秸秆农宅  

本文是建筑学论文,本文通过对严寒地区农宅现状、秸秆建材热工性能、和影响寒地农宅能耗的因素的研究,提出一种以秸秆草砖为主要建材的农村住宅构造及空间布局方案,有效地降低了严寒

本文是建筑学论文,本文从严寒地区农村住宅节能的角度出发,通过对严寒地区农宅现状、秸秆建材热工性能、和影响寒地农宅能耗的因素的研究,提出一种以秸秆草砖为主要建材的农村住宅构造及空间布局方案,旨在用设计结合研究的方法降低严寒地区农村住宅的使用能耗,并推动秸秆资源在农村的利用。具体的研究成果如下:(1)提出一种保温性能较好、建造方式现代化且经济成本较低的适用于严寒地区农村的新型秸秆草砖建筑构造。经计算:新型草砖墙体的传热系数为 0.087(W/m2•K)。新型草砖保温屋面的传热系数为 0.12(W/m2•K)。这表明,新型秸秆草砖农宅的草砖墙体和屋顶在保温效果上占有较大优势。因此,对于提高严寒地区农村住宅室内热舒适度和降低冬季采暖能耗有很大帮助。(2)建立了一种有效节能农宅的空间模式,通过对农宅的平面及剖面进行优化,完善了现有农宅的功能需求,整理了平面交通流线。在起到降低农宅能耗的同时,一定程度上提高了村民在室内的居住环境。

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第 1 章 绪论

 

秸秆建材因其原材料的可再生性能和对环境零负荷等特点,被行业认为其在绿色建筑领域有极为广阔的前景。它主要具有以下几个方面的优势:首先,秸秆是农作物在被收割后剩余的部分,在作为植物生长的过程中,吸收了大量的CO2并释放出氧气,在一定程度上可以帮助地球减缓温室效应。其次,秸秆建材来源广泛。我国作为农业大国,秸秆产量非常充足。随着农业现代化的不断发展,作物的产量也在逐渐增加,相应地产生了大量未被利用的秸秆。再次,我国主要通过焚烧的方式来解决剩余秸秆的占地问题,但这也被认为是造成空气污染现象的诱因之一。如果把这些秸秆作为建材进行开发,就可以相应减轻因焚烧而造成的环境危害。最后,秸秆的应用方式极其多样。如散装秸秆、秸秆草砖、秸秆草板和秸秆瓦等各种不同的建材形式络绎不绝,这也使得秸秆建材在市场上极易推广。对于我国大部分农村地区来说,解决过剩秸秆、大力开发秸秆建材的使用,无疑对当地绿色建筑的建设具有重要意义。

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第 2 章 相关基础研究

 

2.1 秸秆建材及应用方式
在进行节能视角下的严寒地区秸秆农村住宅设计研究之前,需要先对秸秆建材的特性、严寒农宅节及节能问题有一定的认知。之后再对严寒地区农村住宅的影响因素进行研究,通过总结、归类、比较和数据分析的方式得出农宅节能设计的关键点,从而建立节能农宅的优化原则和优化路径。最后确定节能农宅的设计思路。秸秆作为轻质松散材料,力学性能非常薄弱。但是,通过对秸秆块体进行压实,便会使其具备较好的承压能力。而随着压实密度的增加,抗压能力也随之增加。在压实的同时,若加入胶粘剂等化学粘合剂,还能够提高它的强度,相应的造价也会有所提高。但秸秆块的抗拉和抗弯能力要远远小于抗压能力。因此,建筑中秸秆块材一般只用作砌筑材料。另外,秸秆块重量轻,且弹性模量大,这使得它的抗震性能也比较好。此外,随着数字化技术的兴起和应用,材料可以衍生出更多的形式。秸秆树脂瓦就是采用了破碎重组的方式,将麦秆、稻草秆等和树脂混合挤压成型,它也是秸秆建材领域最新的研究成果。具有形式多样、防腐耐候、绝缘性和防震性等多种优点的秸秆瓦可适用于多种地域条件,在研制过程中也受到了国家环保局和政府部门的支持。
建筑节能

 

2.2 严寒农宅及节能问题
采暖围合式平面最主要的问题是流线混乱。由于居民在建造房屋时过于注重采暖布局而忽略流线因素,导致各功能互相嵌套,甚至会出现进入卧室前需要穿越厨房功能空间才能到达的情况。这不仅造成住户使用上的不便,还会使不能及时排净的房油烟污染旁边卧室的空气质量,对人的身体健康造成伤害。另外,住户在平面设计时由于只关注到卧室应贴近厨房布置而忽略了房间的朝向对农宅采暖能耗的影响,造成了北侧房间虽也设置火炕,可依然在严寒的冬季房间温度过低的情况。因此,新建农宅应科学合理安排功能分区合理布置流线。
秸秆农宅围护结构

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第三章 节能视角下的秸秆草砖农宅围护结构优化设计.......... 31
3.1 结构与构造技术优化............. 31
3.2 秸秆草砖农宅建造过程..... 44
第四章 空间优化策略及验证............... 49
4.1 平面优化策略............... 49
4.2 剖面优化策略.......... 53
结 论.............69

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第四章 空间优化策略及验证

 

4.1 平面优化策略
研究表明,严寒地区农村住宅的平面的最佳长宽比为 1:1.3~1:1.5, 层高为 3米左右,根据这个数据合理地布置好功能布局后,体形系数改进空间就比较小了。然而并不是毫无改进空间。既有农宅多为独门独户,这种建筑模式保证了居住环境的安静、免受户外干扰,并且围护结构四周临空、平面布局通常也有较好的采光和通风。但它的缺点是占地面积大,建筑墙体多,公用设施投资高。若能将父母与子女、兄弟的房屋并联建造,将两户、三户并联设计,两户共用一面山墙,每户就至少可以减少一个墙面的散热量。这样不仅降低了每户的住宅能耗,还方便了家庭内部交流活动的展开,使得公共设施相对健全且利于公共空间的共享,用地和造价也较独院式经济一些。本方案中,在原有住宅的“两室一厅”户型的基础上,在东侧加建了一户“一室一厅”的供子女成家后使用的农宅。该户型同样遵循着“南北向进深”和“库房形成保温空间层”的原则设计,功能齐全,且与西边的“父母宅”共同使用一道隔墙,通过减少散热面的方式降低了两家的能耗(图 4-6)。

 

4.2 剖面优化策略
建筑对太阳能的利用分为主动方式和被动方式两种,主动方式是通过技术设备方式获取太阳能,而被动方式除了通过合理安排建筑自身的朝向布局、形体关系外,还可以通过一些对阳光有高透性的建筑材料,组成集热建筑集热部件,用完全自然的手段储存太阳辐射热能,以供建筑物使用,进而降低农宅冬季的采暖能耗。严寒地区的农村没有城市上空那样由于工业及炊事等原因所造成的大气污染,太阳辐射强度比城市强。因此冬季太阳能资源丰富。且农宅布局较分散,基本不存在建筑遮挡的问题,太阳能利用得天独厚。若能不采用机械设备,让昼夜温差大的寒地农宅,仅利用辐射、对流和传导的方式将白天的阳光充足时的热量充分储藏起来,然后在夜间向室内释放热量,使太阳能能够自然流经建筑物,则会间接减小建筑的使用能耗。因此,增加日间的蓄热体也是本方案的降低能耗的方向之一。

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结论

 

本文从严寒地区农村住宅节能的角度出发,通过对严寒地区农宅现状、秸秆建材热工性能、和影响寒地农宅能耗的因素的研究,提出一种以秸秆草砖为主要建材的农村住宅构造及空间布局方案,旨在用设计结合研究的方法降低严寒地区农村住宅的使用能耗,并推动秸秆资源在农村的利用。具体的研究成果如下:能耗模拟软件的验证结果表明,将传统农宅的围护结构替换为新型秸秆农宅的围护结构可带来 45.5%的节能率。主要房间在不舒适温度区间(小于 16℃)的自然室温比传统结构农宅少约 500 小时。主卧室在大寒日的室温最高可提高5.72℃;而经过空间优化后的新型秸秆农宅的较传统空间秸秆农宅的节能率达到55.3%。主要房间在不舒适温度区间的自然室温比传统空间农宅少约 1400 小时。主卧室在大寒日的室温最高可提高 6.94℃;若综合利用两种模式的优化,则节能率可达到 75.6%。主要房间在不舒适温度区间的自然室温比传统空间农宅少约 1900小时。主卧室在大寒日的室温最高可提高 12.66℃;这说明严寒农宅在改变空间布局带来的节能效益要高于在围护结构方面的改变。若居民的经济许可,则可选择综合优化手段,以保证更舒适的居住空间温度及更低的采暖能耗。
参考文献(略)