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绵阳节能轻质砖 加气块在框架结构中的应用研究




室外的边界条件为:

?t

-lx=0=hout(to-t)+qr,o+hr,out(tenv-t)(4.3)

?x

式中:hout——壁体外表面与室外空气的表面传热系数,W/(m2·K);

to——室外空气温度,℃;

qr,o——壁体外表面吸收的太阳辐射热量,W;hr,out——壁体外表面与地面的长波辐射换热系数;

tenv——建筑物周围环境的平均温度,℃。

(2)室内空气温度变化规律采用的数学模型

楼板以及门窗等围护结构在建筑物内形成很多建筑空间,在这些建筑空间内的空气

温度变化规律可采用以下方程:

craraVa

dtandtj=1

(4.4)

式中:ta——室内温度,℃;

Fj——建筑空间壁体内表面的个数;

tj(t)——表面某时刻的温度,℃;

n——建筑空间壁体内表面的个数;

qcov——室内热源对流传给空气的热量,W;

qf——室内家具产生的热量,W;

qvent——室内外空气交换带入室内的热量,W;qhvac——供热空调系统送入建筑空间的热量,W;

cparaVa——建筑空间内部空气的热容,J/℃。


4建筑的节能性分析

4.2.3围护结构参数

在四个气候分区分别选择可以满足围护结构热工性能限值要求的自保温节能轻质砖 加气块构造,在各个气候分区内调整已建立的建筑模型。由于在不同气候区,节能规范对于外墙传热系数、屋面传热系数等建筑外围护结构的限值要求不同,该建筑的体形系数<0.3,因此对该公共建筑模型的屋面和外窗的传热系数设定如表4.3所示。

表4.3围护结构参数

气候区屋面传热系数[W/(m2·K)]外窗传热系数[W/(m2·K)]

严寒地区0.362.2寒冷地区0.362.2夏热冬冷地区0.452.4夏热冬暖地区0.562.4

4.2.4室内外热扰参数

室外气象参数:该建筑所使用参数为DeST所提供的四个城市地区的典型年逐时气

象数据。

室内参数:当室内热环境进行模拟时通常利用人体、灯光、设备三方面热源来表示

全部热量来源。它们的热量大小会根据时间不同而有所差异,见表4.4。

表4.4室内热源情况表

房间功能办公室洗手间

灯光(W/m2)1111设备(W/m2)205使用面积(m2/人)420人员产热66W/人53W/人人员产湿0.061kg/h0.061kg/h

根据日常生活习惯,室内人员灯光设备热扰设定分别见表4.5以及图4.4、4.5。

表4.5人员灯光设备以及空调作息表

房间功能办公室洗手间

08:00~18:00,0.3

18:00~24:00,0全部为0

08:00~18:00,1

18:00~21:00,0.121:00~24:00,0全部为0



续表4.5人员灯光设备以及空调作息表

房间功能办公室洗手间

周一至周五

00:00~08:00,008:00~12:00,1

人员

12:00~13:00,0.313:00~18:00,118:00~21:00,0.121:00~24:00,0

周六至周日

00:00~08:00,008:00~12:00,0.3

00:00~08:00,0

08:00~18:00,0.318:00~21:00,0.1

21:00~24:00,0

12:00~13:00,0.113:00~18:00,0.318:00~21:00,0.121:00~24:00,0

08:00~21:00,1

21:00~24:00,0全部为0

图4.4办公室人员工作日作息图4.5办公室人员周末作息

4.3不同气候区节能效果分析

分别比较各气候分区框架结构自保温节能轻质砖 加气块构造的相应节能效果。在各气候区对采用第三章所选择的自保温墙体构造所构建的建筑物进行全年能耗的模拟,即全年采暖负荷和全年制冷负荷[55]。分析比较第三章所得出的自保温构造对相应气候区的适宜性。选择比较对象为一层第一间标记为U的办公室的房间自然温度和整栋办公建筑的全年采暖负荷、制冷负荷以及总负荷,时间分别选取为1月2日和7月2日。


4建筑的节能性分析

4.3.1严寒地区

严寒气候区的外轻质砖 加气块热工性能满足节能要求的有构造F1、F2、F3、F4、F5、F6,由于本建筑的体形系数<0.3,可选用的构造有F1、F2、F3、F4、F6。为了对比节能效果,选择采用构造构造F3,对比构造为E1。构造E1所采用的是330mm蒸压加气混凝土砌块外墙,墙体总厚达到了370mm。而构造F3采用的是加气混凝土砌块和聚氨酯硬泡沫复合而成的自保温构造,外墙总厚度达到了270mm。构造F3比构造E1的墙厚减少了100mm,其传热系数比构造E1也小,通过模拟计算,得出建筑一层的办公室在1月2日和7月2日的室内温度,如图4.6和图4.7所示。建筑全年冷热负荷如图4.8所示。建筑的室外温度在1月2日时,其最高值是2.20℃,而最低值是-9.82℃。构造F3情况下办公室内温度中最高值是6.23℃,而其最低值是0.98℃;构造E1情况下办公室内温度中最高值是6.06℃,而其最低值是0.80℃。两种构造情况下的办公室内温度都比室外要高出3℃~12℃左右,而构造F3情况下办公室内温度比构造E1情况下要高出0.14℃~0.26℃。

图4.61月2日办公室自然室温

办公室在7月2日时室外全天温度中最高值是28.40℃,而其最低值是24.40℃。构造F3情况下办公室内全天温度中最高值是29.33℃,而其最低值是25.46℃;构造E1情况下办公室内全天温度中最高值是28.99℃,而其最低值是25.11℃。两种构造情况下的办公室内温度在6:00~8:00时比室外要低出0.13~0.77℃左右,其余时间段都比室外要高出0.13℃~1.84℃左右,而构造E1情况下办公室内温度值要比构造F3情况下低出0.32℃~0.39℃。


图4.77月2日办公室自然室温

整栋建筑的累计热负荷在构造F3情况下为164345.94kW·h,构造E1情况下为166672.30kW·h,比构造F3增加了2327.35kW·h;累计冷负荷在构造F3情况下为54044.54kW·h,构造E1情况下为53393.40kW·h,比构造F3减少了651.15kW·h;建筑的全年总负荷在构造E1的情况下为220065.69kW·h,而构造F3情况下为218389.49kW·h,比构造E1减少了1676.21kW·h,建筑的总负荷降低了0.77%。

图4.8负荷对比

综合分析,构造E1是仅靠增加墙体材料层厚度得出的自保温墙体构造,构造F3所采用的为复合自保温构造,构造F3的轻质砖 加气块总厚比构造E1少100mm,且其传热系数也比构造E1低,外墙的保温性能比E1要好。在构造F3情况下的办公室内温度比构造E1

情况下要高,严寒地区的建筑以保温为主,主要考虑冬季采暖,因此保温性能相对较好的构造F3外墙墙体建筑的全年热负荷比单靠采用330mm厚加气混凝土砌块的热负荷降

低了,而冷负荷却增加的很少,建筑全年总负荷有所降低。采用复合自保温轻质砖 加气块构造的节能效果比单靠增加自保温材料的厚度效果要好。

为了分析聚氨酯硬泡沫的厚度对严寒气候区建筑负荷的影响,分别选取聚氨酯硬泡


4建筑的节能性分析

沫的不同厚度墙体构造,其厚度分别为30mm、40mm、50mm、60mm,对建筑的全年累计热负荷和总负荷进行分析,结果如图4.9、4.10所示。从该图中可以看出,随着聚

氨酯硬泡沫厚度的加大,建筑全年热负荷以及总负荷都在下降,最主要的原因就是随着厚度的加大,自保温轻质砖 加气块的平均传热系数在一直下降,从而导致建筑热负荷和总负荷的下降。

图4.9不同厚度聚氨酯硬泡沫层时的建筑热负荷

图4.10不同厚度聚氨酯硬泡沫层时的建筑总负荷

4.3.2寒冷地区

寒冷气候区的建筑外墙热工性能满足节能要求的有构造F3、F5、E5、F7,本建筑体形系数<0.3,为了对比节能效果,选择采用构造F5,对比构造为E4。其中构造E4为单靠增加自保温材料厚度而采用的280mm蒸压加气混凝土砌块外墙,墙体总厚达到了320mm。而构造F5采用的是加气混凝土砌块和聚氨酯硬泡沫复合成的自保温构造,外墙总厚度达到了260mm。轻质砖 加气块的构造F5比构造E4的墙厚减少了60mm,其传热系数也比构造E4小,通过模拟计算,得出建筑一层的办公室在1月2日和7月2日的室内温度,如图4.11和图4.12所示。建筑全年负荷如图4.13所示。

建筑的室外温度在1月2日时,全天最高值是5.50℃,而最低值是-2.60℃。构造




E4情况下办公室内全天温度最高值是14.07℃,而其最低值是9.86℃;构造F5情况下办公室内全天温度最高值是14.14℃,而其最低值是9.92℃。两种构造情况下办公室内温度都比室外要高出8℃~13℃左右,而构造F5情况下办公室内温度比构造E4情况下要高出0.05℃~0.18℃。

图4.111月2日办公室自然室温

办公室在7月2日时室外全天温度最高值是33.10℃,而其最低值是19.20℃。构造E4情况下办公室内温度全天最高值是33.76℃,而其最低值是27.75℃;构造F5情况下办公室内温度全天最高值是33.74℃,而其最低值是27.71℃。两种不同构造情况下办公室内温度都要比室外高出0.4℃~8.6℃左右,构造F5情况下办公室内温度比构造E4情况下在17:00~04:00之间高出0.02℃~0.09℃,而在其余时段则低出0.01℃~0.08℃。