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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




自保温墙体的缺点:自保温墙体材料的强度较低,适应于低层建筑的承重外墙或者用做框架结构的轻质砖 加气块,应用范围受到了一定的限制。墙体材料的抗裂性也不是特别理想,墙体会产生开裂现象,因此对于易开裂的部位需要在施工时做特殊处理。在严寒以及寒冷气候区建筑中使用时,需要考虑热桥部位。

总之,对于三种保温墙体,外保温墙体的技术理念相对比较成熟,使用范围较广。内保温墙体的应用不如外保温墙体广泛。但无论采用外保温或者是内保温系统,其中都存在着一些共性问题:施工过程工序复杂,且施工质量不容易控制;墙体材料的防火性能差,一旦发生火灾,会对生命财产带来极大的损失;保温层的使用寿命有限,大约在20年左右,这一期限与建筑主体结构的寿命不同,到期便需要进行拆除更换,这就会增加建筑的使用费用。而外墙自保温墙体与其它两种保温墙体相比克服了上述缺点,将建筑围护结构以及墙体保温隔热性能合并起来,更符合当前形势下大力发展绿色、低能耗建筑的趋势。因此本文主要研究的就是自保温墙体在框架结构建筑中的适宜性以及节能效果。

2.3.2墙体的节能设计要求

建筑外墙墙体的保温性能通常是用墙体的传热系数来衡量,当外窗以及屋面等其它围护结构参数不变时,建筑的能耗一般会随着外墙墙体传热系数值的减小而减少。整个外围护结构当中,外墙所占面积较大,控制其传热系数是降低能耗的一个重要途径,同时还可使建筑室内保持一个良好的热环境。对于同一种墙材来讲,厚度越厚,其热阻值也越高,传热系数也会越小,其保温和隔热性能也就越好。但是建筑墙体的厚度也不是无限增大的,要考虑到经济性问题。民用建筑分为居住建筑和公共建筑。为了对节能轻质砖 加气块进行全面的研究,本文对居住建筑和公共建筑这两个方面都进行探讨。针对不同气
候区建筑的节能设计,外墙需要达到的标准也不尽相同。本文选用的为《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26-2010)、《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2012),对于各个气候区外墙传热系数限值的规定如下:(1)严寒地区:该区居住建筑只需考虑采暖能耗,夏天由于气温不高,制冷能耗相对很少,因此在该区内也就只需要考虑外轻质砖 加气块墙体的平均传热系数限值。外墙的平均限值与建筑所处的气候子区以及建筑的层数有关,严寒地区的居住建筑外墙的平均限
值在0.25~0.6W/(m2·K)之间,层数越少,外墙的传热系数限值要求也就越严格[44]。严寒地区居住建筑外墙传热系数的参考限值归纳如表2.7所示。

表2.7严寒地区居住建筑外墙传热系数限值
气候区外墙传热系数K[W/(m2·K)]≤3层建筑(4-8)层建筑≥9层建筑

严寒(A)区0.250.40.5严寒(B)区0.30.450.55严寒?区0.350.50.6

该区公共建筑的外墙传热系数只与建筑自身体形系数的大小有关,其传热系数的参考限值归纳如表2.8所示。

表2.8严寒地区公共建筑外墙传热系数限值

气候区外墙传热系数K[W/(m2·K)]

体形系数≤0.30.3<体形系数≤0.4

严寒(A)区≤0.45≤0.40严寒(B)区≤0.50≤0.45

(2)寒冷地区:居住建筑与严寒区相类似,也是以冬季采暖能耗为主,夏季空调制冷能耗相对较小,不需要考虑对墙体热惰性指标进行规定,只对其平均传热系数限值进行了规定,寒冷气候区居住建筑的外墙平均K限值在0.45~0.7W/(m2·K)之间。寒冷地区居住外墙传热系数的参数限值归纳如表2.9。

表2.9寒冷地区居住建筑外墙传热系数限值

气候区外墙传热系数K[W/(m2·K)]

≤3层建筑(4-8)层建筑≥9层建筑

寒冷地区0.450.60.7

而该区公共建筑的外墙K的限值只和建筑自身的体形系数大小有直接关系,其外墙

表2.10寒冷地区公共建筑外墙传热系数限值

气候区外墙传热系数K[W/(m2·K)]

体形系数≤0.30.3<体形系数≤0.4

寒冷地区≤0.60≤0.40

(3)夏热冬冷地区:由于所处地区的气候特点,居住建筑既需要考虑建筑在冬季时的保温,进行采暖取热,夏季还需要考虑建筑的隔热设计,进行空调制冷降温。因此不能仅考虑墙体保温性能,也不能单单考虑墙体的隔热性能,应综合考虑二者对墙体围护结构以及建筑能耗的影响,只有将保温和隔热两者进行最优化处理,才能使其制冷能耗和采暖能耗之和降到最低。在此气候区,要想达到节能标准,居住建筑中K限值在0.8~1.5W/(m2·K)之间[45],该区对居住建筑外墙传热系数以及外墙热惰性的限值归纳如表2.11。

表2.11夏热冬冷地区居住建筑外墙传热系数限值

气候区体形系数外墙传热系数K[W/(m2·K)]

热惰性指标D≤2.5热惰性指标D>2.5

1.01.5>0.40.81.0

而该区公共建筑只需要考虑外墙传热系数的要求,其外墙K的限值归纳如表2.12

所示。

表2.12夏热冬冷地区公共建筑外墙传热系数限值

气候区外墙传热系数K[W/(m2·K)]

夏热冬冷地区≤1.0

(4)夏热冬暖地区:居住建筑和夏热冬冷气候区的建筑一样,建筑外墙需要同时考虑冬季保温与夏季的隔热问题,因此节能标准既有对外墙平均传热系数K进行规定,也有对外墙热惰性指标的规定,居住建筑外墙K的限值在0.7~2.5W/(m2·K)之间[46]。该区对居住建筑中外墙K及墙体热惰性指标的限值规定归纳如表2.13所示。

表2.13夏热冬暖地区居住建筑外墙传热系数限值

气候区屋顶外墙传热系数K[W/(m2·K)]

夏热冬暖地区0.4<K≤0.9,D≥2.5

0.7<K≤1.5,D≥2.51.5<K≤2.0,D≥2.82.0<K≤2.5,D≥3.0

K≤0.4K≤0.7

该区的公共建筑仅需考虑外墙K的限值,其对外墙传热系数K的限值规定归纳如

表2.14所示。

表2.14夏热冬暖地区公共建筑外墙传热系数限值

气候区传热系数K[W/(m2·K)]

夏热冬暖地区≤1.5

需要注意的是,要实现夏热冬暖气候区建筑的低能耗,除了外墙这一部位,屋面和外门窗也是关键部位,这三大部位的隔热、遮阳以及通风性能将会直接影响居住建筑的采暖能耗和制冷能耗。尤其是当夏天时,由外窗而直接进到室内的太阳辐射会给空调制冷负荷值造成较大影响。

2.4本章小结

由于气候对建筑能耗有较大影响,本章首先介绍了我国的气候分区概况以及各区的建筑能耗特征。为了研究框架结构建筑中轻质砖 加气块的节能效果,需要结合分析建筑室内的热环境,因此又阐述了影响室内热环境的室外气候因素和室内因素。这些因素的共同作用,对建筑室内的热平衡造成了影响,改变着空气温度。在归纳了建筑室内外热环境和建筑的得热以及负荷后,为后续的能耗模拟条件提供了理论依据,同时将室内空气温度作为主要判断指标,这也是结合了模拟分析软件的实际确定的分析指标。考虑到室内热环境的影响,为了提高热舒适度会使用采暖或空调等设备来改善,因此,对框架结构节能轻质砖 加气块的适宜性研究还需进行其采暖空调负荷值的对比分析。

通过对比三种不同构造形式的保温墙体,自保温墙体的优势比较明显,克服了外保温、内保温墙体的缺点,更加符合建设绿色和低能耗建筑的趋势。严寒气候区和寒冷气候区由于冬季气温较低,为了实现室内良好的热环境,因而主要考虑采暖能耗,框架结构外轻质砖 加气块仅需考虑外墙传热系数的规定要求;而对于夏热冬冷以及夏热冬暖气候区的居住建筑不仅要考虑采暖能耗,还要考虑制冷能耗,因此不仅要考虑外墙传热系数的要求,也要考虑外墙热惰性指标的要求,公共建筑则只考虑传热系数限值。通过归纳分别列出了居住建筑以及公共建筑在外墙传热系数和热惰性指标两个参数上的限值要求,为轻质砖 加气块构造的选用提供了依据。

3节能轻质砖 加气块构造的选用

结合不同气候分区节能要求,按照外墙传热系数的规定,利用节能自保温墙体材料的导热系数、密度、比热容等基本特性,可以计算出满足节能要求所需的框架结构建筑外墙节能自保温墙体材料的最小厚度。再结合材料的规格尺寸,最后可以得到符合要求的墙体构造。

3.1轻质砖 加气块材料与墙体基本构造

3.1.1材料的热工参数

框架结构建筑中的外轻质砖 加气块,属于非承重型。外墙轻质砖 加气块除了满足强度要求以外,也需要实现保温隔热性能。轻质砖 加气块可以利用的自保温材料种类很多,加气混凝土砌块、页岩空心砌块、陶粒混凝土空心砌块、轻集料混凝土小型空心砌块、泡沫混凝土空心砌块、烧结页岩空心砖等。它们均在满足强度规定的同时,具有较小的导热系数,符合保温材料的基本特性。