乡村建筑用经济型节能复合砌块的研究

论文摘要

随着建筑节能工作的全面开展及国家墙体改革政策的实施,混凝土空心砌块作为粘土砖的主要替代品,在我国已大力推广应用,并取得良好经济效益。但目前国内对建筑节能的研究工作大多数集中在城市建筑中,乡镇村建筑的节能研究开展得很少,粘土砖仍是主要的墙体材料,围护结构热工性能差且能耗极高,基本上没有考虑节能。随着建筑节能由城市向城镇和乡村的扩展,考虑到我国还存在城乡差别,经济型节能墙体材料在广大的城镇和乡村将有广阔的市场。本文针对乡村建筑以多层砌体结构为主和相对集中的特点、根据夏热冬冷地区的区域气候特征,以满足“建筑节能与绿色建筑”和“保障农村生态居住环境质量”为原则,结合乡村发展需要,从经济、实用、配套和标准化入手,重点提高乡村建筑围护结构的保温隔热效果,主要对节能复合砌块基本材料与结构组成形式的优化设计、物理力学性能、保温隔热性能及经济性能进行相关研究,对实现乡村建筑节能、节土、环保和利废等具有一定的参考意义。1、研究开发“民用建筑热工设计软件”,为不同材料与结构组合形式的居住建筑围护结构热工设计与节能计算提供帮助;2、利用本地企业的加气混凝土废料作为节能复合砌块的再生轻集料,研究水泥用量、再生轻集料参量和水胶比对混凝土强度与容重的影响,通过混凝土配比试验确定节能复合砌块的混凝土配比;3、研究砌块孔型结构、组成材料及组合型式对混凝土空心砌块热工性能的影响,利用“民用建筑热工设计软件”依次对砌块的孔型结构、材料及组合形式进行优选设计,计算符合本地区节能标准与课题要求的砌块及墙体的相关热工性能指标,确定优选方案;4、研究节能复合砌块的相关物理力学性能,测试抗压强度、相对含水率、软化系数等物理力学性能指标,并对其受力性能及破坏特征展开研究;5、研究节能复合砌块组成材料、节能复合砌块及墙体的热工性能,测试材料导热系数,计算所节能复合砌块及墙体的传热系数理论值;测试节能复合砌块墙体的传热系数,并对节能复合砌块的保温隔热效果展开研究与分析;6、运用ANSYS软件热分析模块,依次对节能复合砌块与墙体建立三维简化单元模型并按照一维温度场进行近似数值模拟,分别对其温度场分布、温度梯度分布与热流量分布进行分析计算,然后将模拟计算结果与热工试验测试结果相对比,验证“民用建筑热工设计软件”有效性;7、建立计算模型,对节能复合砌块的生产成本、经济回收期与节能效率进行计算评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及课题来源
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 夏热冬冷地区的气候特征和能耗现状
• 1.1.2.1 夏热冬冷地区的气候特征
• 1.1.2.2 夏热冬冷地区能耗现状
• 1.1.3 目前混凝土空心砌块存在的问题
• 1.1.4 课题来源
• 1.2 研究的意义与研究思路
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.2 研究思路
• 1.3 国内外节能砌块的研究现状
• 1.3.1 国外节能砌块研究现状
• 1.3.2 国内节能砌块研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 围护结构热工辅助设计软件的开发
• 2.1 引言
• 2.2 软件开发的目的与意义
• 2.3 经济型节能复合砌块辅助设计软件总体设计
• 2.3.1 开发工具的选择
• 2.3.2 功能要求
• 2.3.3 模块化准则和软件程序设计方法
• 2.3.4 软件设计思想
• 2.3.5 软件主界面设计
• 2.4 软件数据采集模块设计与统计分析模块设计
• 2.4.1 软件数据采集设计
• 2.4.2 统计分析模块设计
• 2.5 软件计算分析模块设计
• 2.5.1 计算分析方法的选取
• 2.5.1.1 热工分析计算方法
• 2.5.1.2 经济效益分析计算方法
• 2.5.2 计算分析
• 2.5.2.1 有效传热系数法
• 2.5.2.2 计算的主要参数
• 2.6 帮助模块设计
• 2.6.1 帮助选项
• 2.6.2 辅助工具
• 2.7 软件编程技术要点
• 2.7.1 引言
• 2.7.2 OLE 控件的应用
• 2.7.3 数据库
• 2.7.4 制作软件帮助
• 2.7.5 软件调试与安装软件制作
• 2.8 本章小结
• 3 经济型节能砌块优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 夏热冬冷地区围护结构的传热特性与节能标准
• 3.2.1 围护结构的传热特性
• 3.2.2 节能标准
• 3.3 影响砌块各项性能的因素
• 3.3.1 砌块力学性能的影响因素
• 3.3.2 砌块保温隔热性能的影响因素
• 3.3.3 砌块经济性能的影响因素
• 3.4 软件辅助经济型节能复合砌块的优化方案
• 3.4.1 砌块孔型结构
• 3.4.2 砌块基本组成材料与复合形式
• 3.4.3 节能复合砌块最终优选方案
• 3.5 本章小结
• 4 节能复合砌块及砌体的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 砌块基本材料的配比试验研究
• 4.2.1 前期准备工作
• 4.2.1.1 试验材料
• 4.2.1.2 实验试件制备与养护
• 4.2.2 试验方案
• 4.2.3 再生混凝土抗压强度试验
• 4.3 节能复合砌块的物理力学性能实验研究
• 4.3.1 前期准备工作
• 4.3.1.1 试验材料
• 4.3.1.2 试验试件制备与养护
• 4.3.2 试验方案
• 4.3.3 砌块物理力学性能试验
• 4.3.3.1 块体密度与空心率试验
• 4.3.3.2 含水率、吸水率与相对含水率试验
• 4.3.3.3 抗压强度试验
• 4.3.3.4 软化系数试验
• 4.3.3.5 冻融试验
• 4.4 砌块与砌体热工性能试验研究
• 4.4.1 前期准备工作
• 4.4.2 试验方案
• 4.4.3 基本材料导热系数测试与砌体传热系数测试
• 4.4.4 测试结果与软件计算值对比
• 4.5 本章小结
• 5 节能复合砌块墙体温度场的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 温度场及求解基本理论
• 5.2.1 传热基本理论
• 5.2.2 温度场与温度场的分类
• 5.2.3 温度场求解方法
• 5.3 节能复合砌块墙体温度场的有限元模拟
• 5.3.1 ANSYS 热分析模块
• 5.3.2 建立分析模型求解
• 5.3.2.1 分析模型与边界条件的确定
• 5.3.2.2 建立模型求解
• 5.3.3 墙体传热系数软件计算值、ANSYS 有限元计算值、试验值比较
• 5.4 本章小结
• 6 节能复合砌块墙体经济性分析
• 6.1 引言
• 6.2 砌块节能成本计算
• 6.2.1 基本信息——建立物理模型
• 6.2.2 计算投资增加的成本
• 6.2.3 节能收益分析
• 6.3 投资回收期计算
• 6.4 经济传热阻计算
• 6.5 经济性能分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论及展望
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢