夏热冬冷地区围护结构双面保温体系研究与设计

论文摘要

建筑围护结构保温技术是为提高居室热舒适度和减少建筑能耗服务的,采暖(空调)的运行模式和地区的气候特点是两个关键要素。而当前国家标准规范中忽视夏热冬冷地区的特殊气候和室内间歇的空调模式,造成南方照搬北方保温技术,从而影响住宅节能效果,限制了建筑节能技术的发展。首先,研究分析了当前广泛采用的居住建筑外墙内保温和外保温技术,分析各种保温技术的特点和优缺点。对于夏热冬冷地区的居住建筑,由于冬季气温不太低,围护结构虽有热桥,但对能耗散失的影响有限,可采用局部保温的做法;另外,居民对室内温度采取间歇性的空调采暖控制,由此决定了围护结构内侧设置保温层能够更加有效的发挥“即开即冷”、“即开即热”的效果。所以,提出了适应夏热冬冷地区的室外气候和间歇空调模式室内热环境的围护结构双面保温技术。之后,运用计算机模拟分析和实验房热工测试,将理论分析与实测数据比对,验证双面保温体系的正确性。计算机模拟:建立外保温、内保温和双面保温的有限差分方程组,利用Matlab软件建立具体传热模型,以模拟的室外边界条件和室内参数,对多种模式下的能耗进行比较,并对双面保温中外侧和内侧的保温材料,如何分配材料的厚度和选择材料的问题进行研究。热工测试:以两个相同边界条件分别采用双面保温技术和外保温的实验房,在等效热阻条件下进行间歇模式多方案比较,收集围护结构在冬季最冷和夏季最热时期的内外表面温度、热流和室内室外温度数据,利用Excel软件分析整理。最后,将建筑技术、建筑设计和室内设计三个学科紧密结合,按“外减内加”的原则研究双面保温技术的应用。“外减”是减少外侧保温层数量,着重在容易产生热桥的部位实施保温。外侧保温层的构造可有效地与住宅立面的细部设计相结合,一方面利用技术手段,研究如阳台板、窗台、空调位等热桥部位的构造设计,另一方面,从美学观点出发,完善建筑形态、立面肌理、饰面色彩等方面的设计。而后,总结出立面设计与保温构造设计的方法和步骤。“内加”是指增加内侧保温层。当前窗面积扩大致使外墙面积减少,外墙的保温隔热效果有限。而从使用者频率看,在起居室房间的内墙增设保温层是有效的解决手段。同时考虑与室内装修中墙面设计结合,避免内侧保温的设计缺陷,提出适应室内装修要求的保温构造。经过大胆的假设、理论分析与缜密的实验,证明双面保温体系的设想是可行的。结尾部分课题还对体系的技术要求、工程工艺、经济型等方面提出一些建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国内外建筑节能的现状
• 1.1.2 国内外建筑围护结构节能技术的发展
• 1.1.3 课题提出的目的
• 1.2 研究框架
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究意义
• 1.2.3 研究对象与范围
• 1.2.4 研究思路与方法
• 2 围护结构保温技术的两个要素分析:气候特点与间歇模式
• 2.1 夏热冬冷地区的气候特征——以重庆地区为例
• 2.1.1 夏热冬冷地区的概况
• 2.1.2 夏热冬冷地区居住建筑的热环境
• 2.2 夏热冬冷地区围护结构的传热特性
• 2.2.1 围护结构稳定传热
• 2.2.2 围护结构周期性不稳定传热
• 2.3 夏热冬冷地区空调（采暖）运行模式的确定
• 2.3.1 间歇模式设计的依据
• 2.3.2 运行模式的确定
• 2.4 夏热冬冷地区墙体节能标准要求
• 2.5 本章小结
• 3 围护结构双面保温体系的构想
• 3.1 外墙外保温体系的评价
• 3.1.1 外墙外保温的技术特点
• 3.1.2 外墙外保温的优缺点
• 3.2 外墙内保温的评价
• 3.2.1 外墙内保温的技术特点
• 3.2.2 外墙内保温技术的优缺点
• 3.3 夏热冬冷地区的居住建筑热桥问题
• 3.3.1 热桥的危害
• 3.3.2 热桥的分类
• 3.3.3 夏热冬冷地区冬季室外温度有别于北方
• 3.3.4 小结
• 3.4 间歇模式与保温构造的关系
• 3.4.1 夏热冬冷地区居住建筑的空调模式
• 3.4.2 运行模式不同对保温构造的影响
• 3.4.3 小结
• 3.5 双面保温体系的构想
• 3.5.1 外墙双面保温系统的组成
• 3.5.2 双面保温系统的施工程序
• 3.5.3 双面保温的厚度计算——以硬质硅酸盐保温板为例
• 3.6 本章小结
• 4 计算机模拟分析
• 4.1 简述有限差分法
• 4.1.1 建筑能耗的计算方法比较
• 4.1.2 传热基本方程
• 4.2 确定传热模型主体
• 4.3 建立有限差分方程组
• 4.3.1 有限差分方程组的建立
• 4.3.2 确立室内边界条件
• 4.3.3 确立室外边界条件
• 4.3.4 室外综合温度的函数化
• 4.3.5 初始条件的确定
• 4.3.6 室外综合温度的函数化
• 4.4 数值计算软件的选用及程序建立
• 4.5 模拟分析的方法与目的
• 4.5.1 方法
• 4.5.2 目的
• 4.6 数据分析
• 4.6.1 内表面温度对比分析
• 4.6.2 不同墙体的热舒适度比较
• 4.6.3 不同墙体的内表面热流对比
• 4.6.4 墙体日负荷与单位时间热负荷对比
• 4.7 双面保温的热工性能的综合评价
• 4.8 本章小结
• 5 冬季夏季测试报告
• 5.1 测试方法和目的
• 5.2 测试的内容
• 5.3 测试的准备
• 5.3.1 实验房的设计和施工
• 5.3.2 测试时间安排
• 5.3.3 空调模式设定
• 5.3.4 测点布置及其安装
• 5.4 夏季测试数据整理与分析
• 5.4.1 室外气象数据
• 5.4.2 不同运行模式下各测点的温度
• 5.4.3 实验房室内空气温度的比较
• 5.4.4 实验房西墙内表面温度
• 5.4.5 实验房西墙热流与热工性能对比
• 5.4.6 实验房耗电量分析
• 5.4.7 小结
• 5.5 冬季测试数据及分析
• 5.5.1 室内空气温度比较
• 5.5.2 西墙和南墙内表面温度
• 5.5.3 南墙热流对比
• 5.5.4 能耗分析
• 5.5.5 墙体热工性能与房间能耗的关系分析
• 5.5.6 小结
• 5.6 测试中的误差和不足
• 5.6.1 误差分析
• 5.6.2 测试的不足
• 5.7 测试结论与模拟结果对比
• 5.7.1 温度及热流的实测与模拟分析对比
• 5.7.2 不同模式的墙体热负荷与耗电量关系的实测与理论对比
• 5.8 本章小结
• 6 围护结构双面保温体系的应用
• 6.1 双面保温体系中的建筑立面细部设计研究
• 6.1.1 当前建筑立面细部设计的问题
• 6.1.2 保温构造与立面设计的关系
• 6.1.3 双面保温构造在立面细部设计的部位
• 6.1.4 双面保温外侧保温层各部位的构造设计
• 6.1.5 外侧保温层作为立面设计的原则
• 6.1.6 以某高层和多层住宅为实例进行外保温立面设计
• 6.1.7 小结
• 6.2 内侧保温构造与室内设计的结合
• 6.2.1 单一外墙保温技术的不足
• 6.2.2 家庭装修与内保温的矛盾
• 6.2.3 内墙保温的实施策略
• 6.2.4 内墙内保温构造细部设计
• 6.3 双面保温体系的设计方法与技术要求
• 6.3.1 双面保温体系的设计原则
• 6.3.2 双面保温体系的设计方法
• 6.3.3 双面保温体系设计依据
• 6.3.4 双面保温系统的性能要求
• 6.3.5 双面保温的施工准备
• 6.4 双面保温体系的经济性分析
• 6.5 本章小结
• 7 结 论
• 7.1 研究结论
• 7.2 研究中的不足
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 计算机模拟墙体模型程序
• 附录B MATLAB 部分计算数据
• 附录C 部分实验数据
• 附录D 墙体非稳态传热的有限差分法求解
• 附录E 作者在攻读硕士学位期间发表的论文