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呼包鄂地区农村住宅垂直围护结构热工性能比较探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:82566
  • 论文编号:el2021112920401325988
  • 日期:2021-11-29
  • 来源:上海论文网

建筑学论文哪里有?本文以呼包鄂地区农村住宅垂直围护结构外墙和特殊部位作为研究对象,对其传热性能进行了分析研究。对 20 处农村住宅进行实地调研,了解农村住宅外墙、外门窗等构造方式和材料使用情况,对其中 10 户进行了测试实验,进一步掌握不同外墙、门窗材料、构造方式等传热性能规律,并对其进行模拟计算,得出最佳设计方案,最后选取典型农村住宅进行节能优化设计方案的比较,验证研究内容的正确性。


第一章 绪论


1.3 国内外农村住宅垂直围护结构热工性能研究现状

1.3.1 垂直围护结构围护结构传热过程相关理论研究现状

通过使用 CNKI、SCI、EI 等文献检索工具,查阅了有关垂直围护结构外墙传热过程研究的相关文献,了解到现阶段对墙体传热过程的研究主要包括:

(1)对围护结构墙体传热方式相关概念的论述。

(2)对围护结构墙体传热过程的计算方式的研究,这部分的研究主要集中不稳定传热计算方式。

(3)垂直围护结构外墙传热过程对室内热环境的影响研究等。

从外墙传热过程来说,墙体的传热过程经历了从稳定传热到非稳定传热的发展方向。稳定传热是指在围护结构的两侧外部热作用不会随时间变化,而非稳定传热性质则相反。非稳定传热过程的计算方法主要包括数值分析法、谐波分析法、反应系数法、z 传递函数法以及频域回归法[3]。

2015 年,Gorshkov,A.S[11]等国外学者在文章中说明通过围护结构的传热过程是不稳定的,但在实际应用中总是以稳态传热过程来考虑,经过简化的传热过程不一定符合实际应用。因此提出了一种求解非稳态传热模式的方法,该方法考虑多层围护结构中的热流密度,强调多层围护结构中各结构层的排列顺序对热工性能的影响。从围护结构传热过程对室内热环境的影响方面讨论。

2003 年,王焱[12]探讨了外墙和屋顶的内表面温度稳定性及这两方面对减少室内热环境变化的影响。首先从外墙和屋顶的内表面温度稳定性来说,应对其最高温度值做出限制范围,其次材料的热惰性指标和结构层排列顺序是抑制温度波动的重要因素。再次从室内空气温度稳定性方面分析了围护结构对室内气温变化的抑制作用。最后提出要有较好的建筑热稳定性就要考虑当地的气候特征和室内热环境的要求等实际情况。

2017 年,Fatiha Mokhtar[13]学者运用 TRNSYS 仿真模拟软件与实验测试的方式,对稳态传热条件下的高保温材料隔热效果进行数值计算。为了改善室内热环境,提出几种外墙结构形式。将模拟数据与实验数据进行对比,计算出建筑热特性指标,如室内温度,每年的供热和制冷负荷。研究结果表明:较节能的墙体构造形式是由土块与枣椰树纤维材料构成,并且该构造体系有利于室内热环境稳定与减少冷热负荷产生。

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第三章 呼包鄂地区农村住宅垂直围护结构外墙热工性能研究


3.1 围护结构传热相关理论基础

本章节仅针对冬季气候条件,并在建筑热工计算中将墙体材料的热传递过程仅视为导热过程,因此本章节仅考虑垂直围护结构外墙热传导现象,分析其墙体内部温度场分布情况。

热传递是在物体之间或物体和物体之间发生的热传递现象。只要物体之间有温差,就必须有热传递。不管热传递的流程是什么,实质上均是导热、辐射以及对流的各种组合。建筑围护结构时刻受到室内外热环境的作用,室内外热量不断通过围护结构传入或传出来影响建筑内部热环境。围护结构有着较为复杂的传热过程,即表面吸热、结构本身导热、表面放热,如图 3-2 所示。而每个传热过程又包括导热、对流和辐射这三种基本形式。在实际的传热过程中,三种基本传热方式所占各有比重不同。传热其三种基本传热方式分别进行如下分析:

图 3-2 围护结构传热过程

图 3-2 围护结构传热过程

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第五章 呼包鄂地区农村住宅垂直围护结构热工性能优化验证


5.1 软件模拟介绍

常用的建筑能耗模拟软件有 DOE-2、Energy Plus、TRNSYS、Visual DOE、DesignBuilder、eQ UEST、ECOTEC、斯维尔、PKPM、天正以及 DeS T。本文选用DeS T 模拟软件,对农村住宅垂直围护结构外墙部位和墙体特殊部位构造体系进行能耗模拟验证。该软件基于 Auto CAD 的计算软件。界面可视化,以 Excel 输出报表,具有界面友好,计算精度高,输出数据准确等优点。

DeS T 软件是由清华大学建筑技术科学系开发小组研发,其主要特点有:1.以自然室温为纽带,运用建筑本身和环境系统模拟分析建筑热性能;2.实现分阶段设计与模拟,将模拟划分为 5 个阶段,分别为建筑热特性阶段、系统方案阶段、AHU 方案阶段、风网模拟阶段和冷热源模拟阶段设计提供便捷[70];3.工作界面图形化。目前该软件共 7 个版本,常用的为住宅建筑版本 DeS T-h,商业建筑所用的商建版 DeS T-c。

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5.2 选取住宅简介

5.2.1 住宅基本概况

在第二章中对呼包鄂地区农村住宅现状研究发现,农村住宅平面布局根据时间的推移,其住宅平面功能布局、开间以及进深在一定程度上都有了很大的变化。尤其在2010 年后,住宅平面功能、空间布局有了更加明确的划分,主要包括向阳的主卧室、背阴的次卧、客厅、餐厅、厨房以及卫生间。住宅进深达到 7.5m 以上,面宽 2—3间,建筑面积在 100—120 ㎡之间,总建筑长度 13m 以上。本文针对典型农村住宅垂直围护结构进行优化验证。该典型农村住宅位于呼和浩特市土默特左旗白庙子镇大丹坝村,住宅建于 2016 年,住宅朝向坐北朝南,冬季采暖方式为自给式煤炭供暖。住宅结构形式为砖混结构,建筑面积为 103.5 ㎡,高 3m;其面宽 13800mm,进深 7500mm。屋顶形式为平屋顶形式,其住宅外门高度为 2100mm,宽 900mm,窗户高度南北向不同,其立面和平面分别见图 5-1 和见图 5-2。

图 5-1 住宅立面图

图 5-1 住宅立面图

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结论与展望

本文以呼包鄂地区农村住宅垂直围护结构外墙和特殊部位作为研究对象,对其传热性能进行了分析研究。对 20 处农村住宅进行实地调研,了解农村住宅外墙、外门窗等构造方式和材料使用情况,对其中 10 户进行了测试实验,进一步掌握不同外墙、门窗材料、构造方式等传热性能规律,并对其进行模拟计算,得出最佳设计方案,最后选取典型农村住宅进行节能优化设计方案的比较,验证研究内容的正确性。本文研究内容的主要结论如下:

(1)通过对呼包鄂地区农村住宅进行调研,得出现阶段农村住宅常用外墙承重材料有土坯砖、黏土实心砖和多孔砖,还有部分其他材质,其中黏土实心砖和多孔砖住宅最多,对其进行传热系数检测,发现均不能满足严寒和寒冷地区农村住宅节能设计标准 K 值≤0.5W/(㎡·K)的极限值要求。对外门窗进行调研,发现外窗型材使用率最高的为铝合金和塑钢型材,各占 30%和 25%;并对住宅外门窗进行传热系数检测,发现塑钢型材的传热系数较小于铝合金,但均不满足严寒和寒冷地区农村住宅节能设计标准 K 值≤2.0W/(㎡·K)的的极限值要求。

(2)①通过对厚度的不同外墙表面逐时温度进行测试,得出外墙越厚,其内表面温度越高,反之越低。②在外墙厚度一定的条件下,对比分析实心砖与多孔砖墙体类型的表面温度值,得出多孔砖墙体表面温度均高于实心砖墙体表面温度。③分析有无保温时外墙内表面温度值,有保温层墙体的内表面平均温度高于无保温层时墙体内表面温度的 37%,说明设置住宅外墙保温层具有必要性。④温度波动曲线图表明,在 12:00 左右时其内壁面温度达到最大值,在早晨 6:00 时,内壁面温度达到最小值。总结影响外墙内表面温度的因素有外界气候环境、时间、墙体材料、是否设置保温层。

(3)对农村住宅进行热工缺陷检测,在生土结构中,由于土具有好的阻热能力,其住宅垂直围护结构北向外墙壁面温度分布均匀,基本不存在热工缺陷;在砖混结构结构中,在外墙转角、丁字墙位置、外墙与屋顶交接位置、外墙与地面交接位置表面温度明显低于主体部位温度,整体外窗温度普遍较低,窗扇与框交接位置由于结构本身存在缝隙,产生冷热交换,因此在上述位置有明显的热桥产生。

参考文献(略)

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