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齐 齐 哈 尔 大 学毕业论文 题 目 格构式节能组合外墙板结构构造及热工优化设计 学 院 建筑与土木工程学院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 2016年 6 月 22 日齐齐哈尔大学毕业论文摘 要 如今,即使是发达国家都空前的重视起建筑节能的问题,而由于我国的能源本身就是比较贫瘠的,所以我国更应该重视起建筑节能的问题,而外墙保温技术在建筑节能的方面就占据了很重要的位置。外墙不仅需要拥有足够的承重能力,同时还需要拥有优异的热工性能。本文通过设计不同厚度和不同肋宽的组合外墙板,并采用外墙外保温的保温方式,之后分别计算它们的竖向荷载和热阻,证明设计的外墙是否满足承重要求和热工要求。对设计的组合外墙板进行比较分析,并从它们之中选出造价最低的外墙。关键词:热工性能;组合墙板;热阻Abstract Now, even developed countries are unprecedented attention from the problem of building energy efficiency, and because of our countrys energy itself is relatively poor, so China should pay attention to the problem of building energy saving, and the external wall thermal insulation technology in building energy saving will occupy a very important position. The exterior not only need to have enough bearing ability, also need to have excellent thermal properties. In this paper, through the design of different thickness and different combination of external wall plate rib width, and the thermal insulation of external wall thermal insulation, then calculate their vertical load and resistance, proved that the design of the wall is meet the bearing requirement and thermal requirements. Through a comparative analysis of composite wall panels design, and select the minimum cost of exterior wall from them.Key words: thermal performance; Composite wall plate; thermal resistanceII目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究意义及背景11.1.1研究意义11.1.2研究背景11.2 研究思路及内容11.2.1研究思路11.2.2研究内容21.3 国内外研究现状21.3.1国内研究现状31.3.2国外研究现状3第2章 墙板设计及热工计算原理42.1 墙板设计42.1.1组合墙板结构42.1.2外墙外保温构造42.1.3外墙外保温介绍52.1.4竖向承载力计算基本原理52.2 热工计算基本原理62.2.1建筑围护结构传热原理62.2.2组合墙板的导热系数和蓄热系数72.2.3组合墙板的热阻72.2.4组合墙板的平均蓄热系数和热惰性指标82.2.5围护结构的最小传热阻92.3 小结9第3章 方案设计103.1 方案103.1.1保温材料为岩棉板的方案113.1.2保温材料为聚苯乙烯泡沫板的方案183.2 小结25第4章 热工对比及方案造价计算264.1 热工对比264.2 方案造价计算264.3 小结29结论30参考文献31致谢33III第1章 绪论1.1 研究意义及背景1.1.1研究意义在我们目前所生活的21世纪,能源是种可以推动国家快速发展的重要物质。据调查,如果建筑住宅不进行保温处理的话,从窗户、屋面以及外墙等建筑围护结构中丢失的能量会高达60。是以我们应该做到重视起建筑物的保温,来减轻能源的损耗。外墙作为建筑的围护结构,不仅要有足够的承重能力,还要满足建筑热工要求。但如今谈到建筑热工设计,通常都是首先想到热工计算,计算出热阻值,最后确定保温层的厚度。虽然热工计算是建筑热工设计的一部分,但其实它是居于次要位置的,构造设计的处理才是占据主要位置的。构造设计处理得好,外墙不仅可以具有足够的承重能力,良好的热工性能,还可以节约成本。所以,墙板热工设计并不是一个孤立的环节,它与墙板的构造设计是相互联系的。所以在热工设计中,墙板的热工计算与墙板的构造设计同样重要。1.1.2研究背景我国能源比较贫瘠,合理地利用能源是我国为了社会发展而必须要做到的。并且我国幅员辽阔,且地形复杂,各地区的气候差异更是悬殊,南方地区的湿热气候、北方地区的大陆性气候、沿海地区的海洋性气候等都是典型的例子。不同地区的气候会存在着一定的差异,所以不同地区的建筑在设计方面也会有所不同,有的地区的建筑就需要做到防寒保温,而有的地区的建筑就需要做到通风隔热。以齐齐哈尔为例,齐齐哈尔处于我国东北,冬季的气温低,持续的时间也长,所以在我国该地区属于采暖区。所以在齐齐哈尔地区的建筑需要做到防寒及保温,而外墙作为建筑的围护结构,在结构构造的改进上和保温材料的选择上都对建筑减少能源消耗有着重大的意义。1.2 研究思路及内容1.2.1研究思路本文以我国齐齐哈尔市某处的一栋住宅为例,在住宅的山墙处取出一块长2.4m,高2.8m的外墙板,该住宅山墙如图1-1所示。该住宅的组合外墙板采取预制轻骨料-钢筋混凝土组合承重墙板。首先对该组合外墙板进行构造设计,设计出不同墙板厚度和不同肋宽的组合外墙板,然后再对该外墙板进行外墙外保温处理。然后通过计算组合外墙板的竖向荷载,判断其承重能力是否达标。再计算外墙的热阻,通过最小传热阻验证外墙的热工性能是否满足要求。之后根据每套方案的计算结果对热阻进行分析,最后通过计算每块外墙的造价来进行比较,得出既满足承重能力又满足热工性能,又节约成本的外墙。图1-1 住宅外墙1.2.2研究内容 为了达到本文的目的,研究的内容主要包括:1)首先设计不同墙板厚度、不同肋宽的节能组合外墙板2)基于轴心受压构件原理计算外墙板的竖向荷载,证明其是否可以承重3)根据建筑围护结构传热原理进行热工计算,证明其是否满足住宅热工要求4)通过设计的方案来分析影响热阻大小的影响因素5)计算设计的方案的造价,从中选出最节约成本的外墙1.3 国内外研究现状1.3.1国内研究现状最近几年我国的科技飞速发展,所以我国在建筑节能方面也开展了大量的大规模的研究。如今,我国在建筑节能方面有着一大批国家级的科研项目,其中同样有着与建筑热工相关的研究项目。我国的“十一五”计划中就有许多与建筑热工方面有关的项目,在我国全国各地有许多的科研院、企业和高校都纷纷参与到了这些研究项目中。我国山东建筑工程学院的王崇杰等人在近几年研制出了一种新型的节能墙板体系,该体系具有良好的节能效果并且抗震性能非常优异3。我国吉林大学的王庆华等人在近几年研制出了一种新型的复合保温墙板,该墙板由聚苯乙烯泡沫板和聚苯乙烯颗粒组成,具有良好的热工性能,可以在我国严寒地区使用5。我国西安科技大学的邸芃等人所研究的CL墙板体系有着既保温又隔热的特点。并通过一系列的研究说明了他们所研究的CL墙板体系是可以应用到实际的工程中的,是可以充分发挥其热工性能的6。我国西安建筑科技大学的姚谦峰等人在节能复合墙体方面有着重大突破,通过研究复合墙体的保温和传热机制,提出了把整体结构外保温处理和局部外墙热桥处理相结合的一种工艺手法7。我国吉林建筑大学的肖立光等人的研究为我国住宅产业化提供了巨大的帮助,他们所研制的新型复合墙板具有建筑节能以及应用广泛的特点8。我国大庆石油学院的郝进锋等人为了提高我国北方农村的生活水平,设计出了一种新型节能复合墙板。该复合墙板有着既承重又节能的优点,可以替代粘土砖11。我国清华大学的胡验君等人对我国目前的保温材料进行了充分分析,提出保温材料不仅需要优秀的热工性能还需要具有良好的安全性。他们通过分析研究终于研制出了一种符合要求的新型保温材料15。我国清华大学的马捷等人近几年对保温材料的研究有着很大突破,他们通过对秸秆基保温材料进行研究并和聚苯乙烯泡沫板进行比较,得出秸秆基保温材料性能优于聚苯乙烯泡沫板板的结论,而且适合在我国北方的农村地区使用16。1.3.2国外研究现状在研究建筑热工方面,欧洲国际能源组织曾开展过一个项目。使得全球各地的许多知名研究机构以及国家都纷纷参与到了此项研究中。此项目到现在差不多已进行了30多年,该项目一共进行了59个课题,但仅仅只有9个课题通过了该项目。这9个课题涉及到了许多关于建筑热工的重要研究。随着参与人员的努力以及研究中的合作及交流,该项目涌出了许多有价值的科研成果。如今,欧洲各国家整理了许多关于建筑围护结构的热工问题,并通过研究取得了优异的成绩。美国的BTP项目同样有着与建筑围护结构热工相关的课题,并且美国的科研项目并不打算仅仅停留在科研上,而是与市场结合。美国的一些工程师们同样进行着这类科研研究,但他们的关注对象是建筑材料,研究一些建筑材料的传热、传湿和采光等性能,这些研究成果对于建筑结构围护热工研究同样有着非常重要的帮助。第2章 墙板设计及热工计算原理2.1 墙板设计2.1.1组合墙板结构 本文所设计的外墙中的承重墙板为预制轻骨料-钢筋混凝土组合承重墙板,该组合墙板长2.4m,高2.8m。本文中根据改变组合墙板的墙板厚度和肋宽来进行研究,组合墙板如图2-1所示。图2-1 组合墙板构造2.1.2外墙外保温构造本文中外墙的保温方式采用外墙外保温方式,该方式是外墙保温方式中非常常用的一种方式。该保温方式是指在材料的层次上外侧是保温材料,而内侧则是承重材料。其中保温材料的作用就是用来减少室内的热量损失,比如在寒冷的冬季就需要保持住室内所需要的温度。本文中外墙的外抹灰采用20mm厚的水泥砂浆,内抹灰采用20mm厚的混合砂浆,保温材料采用30mm厚的岩棉板或30mm厚的聚苯乙烯泡沫板,外墙如图2-2所示。图2-2 外墙外保温设计2.1.3外墙外保温介绍所谓外墙外保温就是指在墙板的结构框架外再加上一层保温材料已达到保温效果,或者是在外墙的材料层次上,外侧材料是保温材料,而内侧材料是承重材料。外墙外保温是目前保温设计中经常使用的一种方式。外墙外保温有着很多的优点,(1)因为外墙外保温的施工不是在室内完成,而是在室外就可以完成的,所以对住户干扰很小。(2)该保温方式可以有效地防止外墙内部产生冷凝水,从而防止保温材料性能受到影响。(3)外保温可以对外墙的结构层起到一定的保护作用,这样结构层就不会受到室外太阳辐射和空气温度变化的影响。(4)在寒冷的冬季,该保温方式可以充分地阻止外墙的内表面发生结露现象。外墙外保温一般通过三种方式进行,分别是“贴”“砌”和“挂”。“贴”是指在新建的外墙或已建的外墙的外表面上贴EPS板(聚苯乙烯泡沫板)或岩棉板;“砌”是指在外墙上砌筑保温砖;而“挂”则是指在外墙的外表面后挂上保温板。本文中所采用的保温材料为聚苯乙烯泡沫板和岩棉板,这两种保温材料均是采用“贴”的方式进行外墙外保温。聚苯乙烯泡沫板,是一种使用广泛并且性能优异的保温材料。它通常是使用粘贴固定的方式,通过粘结材料把聚苯乙烯泡沫板粘结在外墙的基层上。岩棉板是一种无机纤维板,同样是具有良好保温性能的保温材料,同样是通过粘贴固定的方式把岩棉板粘结在外墙的基层上。2.1.4竖向承载力计算基本原理通过计算组合墙板的竖向荷载就可以确定其承重能力。据相关资料可知,该住宅外墙板最大承载力Nmax为500000N,如果计算出的竖向荷载N大于最大承载力Nmax,则该墙板满足承重要求,反之不满足。砌体受压构件中的竖向承载力主要是与受压构件的截面面积、砌体材料的抗压强度、轴向压力的偏心距和受压构件的高厚比相关,由于本设计采用轴心受压的形式,所以可不考虑偏心距。又由于钢筋的竖向承载力很小,所以忽略不计。砌体材料的抗压强度见表2-1。表2-1 砌体材料抗压强度设计值砌体材料名称抗压强度设计值 N/mm2C35混凝土16.7MU7.5,Mb7.5轻骨料混凝土2.13 轴心受压构件在使用时由于受到多种因素影响,如构件轴线弯曲和截面材料不均匀。不可避免的会产生侧向变形,使得构件在轴向压力的作用下被破坏。所以我们应该通过计算稳定系数0来考虑该影响。我们可以通过公式(2-1)计算轴心受压构件稳定系数:(1)计算轴心受压构件的稳定系数0 (2-1)式中 与砂浆强度等级有关的系数,取0.0015 构件高厚比之后我们通过公式(2-2)计算构件所承受的竖向荷载:(2)计算墙板所承受的竖向荷载N (2-2)式中 fc混凝土的抗压强度设计值,取16.7 fct轻骨料混凝土的抗压强度设计值,取2.13 Ac混凝土截面面积 Act轻骨料混凝土截面面积 0砌体结构稳定系数2.2 热工计算基本原理2.2.1建筑围护结构传热原理根据建筑热工设计中需要考虑到的室内外热作用,可以把室内外温度的计算模型分成两种:分别是恒定热作用和周期热作用。所谓恒定热作用,即室外的温度以及室内的温度在计算时是保持不变的,不会因为时间的改变而改变。这种计算模型通常适用于冬季下采暖房间的保温设计,也是我们在本文中所要考虑的。而所谓的周期热作用包括单向以及双向两种不同的热作用方式,不过因为本文中并不考虑,故在此不加赘述。当建筑的围护结构受到恒定的热作用时,建筑围护结构的内部温度的分布以及通过该建筑围护结构的传热量,都会处于在一个不随着时间改变而改变的稳定传热状态,这就是稳定传热。本文中所研究的热流方向只沿着墙板厚度一个方向,即一维稳定传热。所谓一维传热,即设有一厚度为d的单层均质墙板,当它的高与宽的尺寸远大于它的厚度时,可以将通过该平壁的热流看做只沿着厚度一个方向。当平壁的内表面和外表面的温度保持稳定的时候,则通过该平壁的传热情况也同样不会随着时间发生变化,这种传热就是所谓的一维稳定传热。2.2.2组合墙板的导热系数和蓄热系数 判断外墙板是否满足住宅的热工要求需要确定以下几点:(1)平均热阻(2)平均蓄热系数(3)热惰性指标(4)最小传热阻,但是如果要确定这几项指标,我们首先要确定外墙板中各组成材料的导热系数和蓄热系数,通过查阅相关资料我们可以得知这些系数,见表2-2。表2-2 外墙各材料的导热系数及蓄热系数材料导热系数 W/(mk)蓄热系数S W/(m2k)钢筋混凝土1.7417.20粉煤灰陶粒混凝土0.446.30水泥砂浆0.9311.37混合砂浆0.8710.75聚苯乙烯泡沫塑料0.0420.36岩棉板0.0500.59通过上表2-2可以看出,钢筋混凝土的导热系数最大,聚苯乙烯泡沫板和岩棉板的导热系数最小并且很接近。2.2.3组合墙板的热阻 热阻就是用来表示围护结构自身的或是围护结构之中的某一层材料层的阻抗传热能力的物理量17。单一材料层的热阻值通过公式(2-3)计算:(1)计算单一材料层的热阻R (2-3)式中 材料的导热系数 d材料层的厚度 由于本文中研究的是组合墙板,是由两种材料构成的组合材料层,所以不能像单一材料层那样计算热阻值,而是要通过公式(2-4)计算其平均热阻值:(2)计算组合墙板的平均热阻值R0 (2-4)式中 F与热流的方向保持垂直的总传热面积 F1、F2各个材料部位的传热面积 R0.1、R0.2各个传热面部位的传热阻 Ri内表面的换热阻,取0.11 Re外表面的换热阻,取0.04 修正系数,取0.93由于该外墙板属于多层的围护结构,其最终的热阻值应通过公式(2-5)计算:(3)计算外墙板的总热阻R总 (2-5)式中 R1、R2Rn各个材料层的热阻值2.2.4组合墙板的平均蓄热系数和热惰性指标材料蓄热系数就是指在某一个匀质的半无限大的壁体的其中一侧受到谐波热作用时,迎波面上所接受的热流振幅与该迎波面上的温度振幅的比值17。单一材料的蓄热系数可以通过查询相关资料得知,如果是两种材料构成的组合材料层可以通过公式(2-6)计算其平均蓄热系数:(4)计算组合墙板的平均蓄热系数S0 (2-6)式中 S1、S2各个材料面上的所采用材料的蓄热系数 F1、F2各个材料部位的传热面积 热惰性指标是指用来说明某一材料层的抵制温度的波动能力的一个特性指标17。由于该外墙板属于多层的围护结构,所以其热惰性指标应通过公式(2-7)计算:(5)计算外墙板的热惰性指标D总 (2-7)式中 R1、R2Rn各材料层材料的热阻值 S1、S2Sn各传热面积上材料的蓄热系数2.2.5围护结构的最小传热阻最小传热阻就是指在计算中所允许采用的围护结构的传热阻的一个下限值18。这个下限值是为了限制住通过围护结构的传热量,防止传热量过大,导致内表面产生冷凝。组合墙板的最小传热阻通过公式(2-8)计算:(6)计算外墙板的最小传热阻R0,min (2-8)式中 t室内空气与外围护结构的内表面之间所容许的温差,取6.0 ti冬季室内计算温度,取18 te围护结构冬季室外计算温度 f附加值,本文不考虑2.3 小结本章中所设计的组合墙板应该首先根据公式(2-1)计算出砌体结构的稳定系数,之后再根据公式(2-2)计算出受压构件的竖向荷载,最后与最大承载力Nmax比较,如果竖向荷载大于最大承载力Nmax即满足承重要求,反之不满足。而组合墙板的热工计算应先根据公式(2-3)计算出组合墙板中各部分材料的传热阻,再根据公式(2-4)计算出它的平均热阻和根据公式(2-6)计算出它的平均蓄热系数。之后可根据公式(2-5)求得外墙的总热阻,再通过公式(2-7)求得外墙热惰性指标来确定te的取值,最后通过公式(2-8)计算出外墙的最小传热阻。将求得的总热阻和最小传热阻进行比较,如果总热阻大于最小传热阻,则外墙满足热工要求,反之不满足。第3章 方案设计3.1 方案 本文共设计16套方案进行热工分析,设计的方案分为2组,每组8套方案,第1组为方案1到方案8,第2组为方案9到方案16。第1组的保温材料为岩棉板,而第2组的保温材料为聚苯乙烯泡沫板。每组前4套方案均保持肋宽h不变,依次增加墙板厚度b,后4套方案均保持墙板厚度b不变,依次增加肋宽h。组合墙板厚度b和肋宽h尺寸见表3-1。表3-1 组合墙板厚度b和肋宽h方案组合墙板厚度 m组合墙板肋宽 m方案1和方案90.10.08方案2和方案100.120.08方案3和方案110.140.08方案4和方案120.160.08方案5和方案130.120.06方案6和方案140.120.08方案7和方案150.120.10方案8和方案160.120.12组合墙板的肋,如图3-1所示,b为组合墙板厚度,h为组合墙板肋宽。图3-1 肋3.1.1保温材料为岩棉板的方案方案1(组合墙板厚0.1m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.206,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案2(组合墙板厚0.12m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.46,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案3(组合墙板厚0.14m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.695,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案4(组合墙板厚0.16m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.94,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案5(组合墙板厚0.12m,肋宽0.06m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.474,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案6(组合墙板厚0.12m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.46,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案7(组合墙板厚0.12m,肋宽0.1m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.438,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案8(组合墙板厚0.12m,肋宽0.12m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.414,属型,te取-30 R总R0,min满足要求3.1.2保温材料为聚苯乙烯泡沫板的方案方案9(组合墙板厚0.1m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.109,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案10(组合墙板厚0.12m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.363,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案11(组合墙板厚0.14m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.598,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案12(组合墙板厚0.16m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.843,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案13(组合墙板厚0.12m,肋宽0.06m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.377,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案14(组合墙板厚0.12m,肋宽0.08m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.363,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案15(组合墙板厚0.12m,肋宽0.1m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.341,属型,te取-30 R总R0,min满足要求方案16(组合墙板厚0.12m,肋宽0.12m):(1)根据公式(2-1)(2-2)计算组合墙板所承受的竖向荷载 NNmax满足要求(2)根据公式(2-3)计算组合墙板各部分的传热阻 第1部分R1(钢筋混凝土部分) 第2部分R2(粉煤灰陶粒混凝土部分)(3)根据公式(2-4)计算组合墙板的平均热阻 查表得=0.93(4)根据公式(2-6)计算组合墙板的平均蓄热系数(5)根据公式(2-5)(2-7)(2-8)证明组合墙板是否满足住宅热工要求 该墙D=2.317,属型,te取-30 R总R0,min满足要求以上16套方案的计算结果见表3-2和表3-3。表3-2 保温材料为岩棉板的方案方案组合墙板平均热阻 (m2k)/W外墙总热阻 (m2k)/W方案10.1440.939方案20.1710.966方案30.1960.991方案40.2221.017方案50.1870.982方案60.1710.966方案70.1570.952方案80.1450.94表3-3 保温材料为聚苯乙烯泡沫板的方案方案组合墙板平均热阻 (m2k)/W外墙总热阻 (m2k)/W方案90.1441.053方案100.1711.08方案110.1961.105方案120.2221.131方案130.1871.096方案140.1711.08方案150.1571.066方案160.1451.0543.2 小结 以上16套方案均满足住宅热工要求。通过观察表3-2和表3-3可以发现,方案1到方案4和方案9到方案12是依次增加了组合墙板的厚度,使得组合墙板的平均热阻越来越大。方案5到方案8和方案13到方案16是依次增加了组合墙板的肋宽,使得组合墙板的平均热阻越来越小。并且还可以通过表中数值观察到保温材料为聚苯乙烯泡沫板的方案的外墙总热阻要大于保温材料为岩棉板的方案的外墙总热阻。第4章 热工对比及方案造价计算4.1 热工对比热阻的大小决定了墙板的热工性能是否达标,本章通过上一章所设计的方案来分析哪些因素可以决定热阻的大小。通过观察上一章所设计的方案中的方案1到方案4和方案9到方案12的计算数据可以发现,在保持组合墙板其他条件不变仅改变墙板厚度的情况下,组合墙板的厚度越来越厚,组合墙板的热阻就会越来越大。所以我们可以得出这样的结论:墙板的厚度可以影响到热阻的大小。通过观察上一章所设计的方案中的方案5到方案8和方案13到方案16的计算数据可以发现,在保持组合墙板其他条件不变仅改变墙板肋宽的情况下,组合墙板的肋越来越宽,组合墙板的热阻就会越来越小。该组合墙板是由钢筋混凝土和粉煤灰陶粒混凝土组成的,而通过表2-2我们可以得知钢筋混凝土的导热系数更大。而在该组合墙板中肋的材料是钢筋混凝土,肋越来越宽也就意味着钢筋混凝土用量就越来越多,钢筋混凝土用量越来越多也就导致了组合墙板的平均热阻越来越小。所以我们可以得出这样的结论:墙板中所选用的材料的导热系数是可以影响到热阻大小的。4.2 方案造价计算 上一章中我们总共设计了16套方案,分成了2组,每组8套方案。该16套方案所设计的组合墙板均即满足承重能力又满足热工性能,既然设计的组合墙板都满足承重和热工的要求,那么造价最低的组合墙板肯定要比其他的组合墙板更好。首先根据市场调查,建筑材料的价格如表4-1所示。表4-1 建筑材料价格建筑材料每立方米价格 元/m3钢筋混凝土373粉煤灰陶粒混凝土315岩棉板408聚苯乙烯泡沫板451水泥砂浆357混合砂浆388之后分别计算每套方案的造价进行比较,由于每套方案均是采用20mm厚水泥砂浆和20mm厚混合砂浆做内外抹灰,并且保温材料均是30mm厚,所以可以先计算出这些材料的造价,然后再计算每套方案的造价。水泥砂浆:混合砂浆:岩棉板:聚苯乙烯泡沫板:方案1:方案2:方案3:方案4: 方案1到方案4是采用岩棉板作为保温材料并依次增加墙厚,方案的造价也是随着墙厚的增加而越来越贵,计算结果见表4-2。表4-2 方案1到方案4的造价方案方案造价 元方案1405方案2449方案3494方案4539方案5:方案6:方案7:方案8:方案5到方案8是采用岩棉板作为保温材料并依次增加肋宽,方案的造价也是随着肋宽的增加而越来越贵,计算结果见表4-3。表4-3 方案5到方案8的造价方案方案造价 元方案5446方案6449方案7452方案8456方案9:方案10:方案11:方案12: 方案9到方案12是采用聚苯乙烯泡沫板作为保温材料并依次增加墙厚,方案的造价也是随着墙厚的增加而越来越贵,计算结果见表4-4。表4-4 方案9到方案12的造价方案方案造价 元方案9414方案10458方案11503方案12548方案13:方案14:方案15:方案16:方案13到方案16是采用聚苯乙烯泡沫板作为保温材料并依次增加肋宽,方案的造价也是随着肋宽的增加而越来越贵,计算结果见表4-5。表4-5 方案13到方案16的造价方案方案造价 元方案13455方案14458方案15461方案164654.3 小结 通过热工对比得出了影响热阻大小的两个因素,分别是墙板厚度和墙板选哟材料的导热系数。并通过观察表4-2、表4-3、表4-4和表4-5发现,方案1的造价要低于其余的15套方案。由于上一章中所设计的16套方案均满足承重要求和热工要求,所以造价最低的方案就是最优的方案,故第1套方案最优。结论如今,即使是发达国家都空前的重视起建筑节能的问题,而由于我国的能源本身就是比较贫瘠的,所以我国更应该重视起建筑节能的问题,外墙保温技术在建筑节能的方面就占据了很重要的位置。本文通过设计不同厚度和不同肋宽的组合外墙板,再对其进行外保温处理,共设计出了16套方案。通过对这16套方案进行比较和分析,得出了影响热阻大小的两个因素,分别是墙板的厚度和墙板所选用的材料的导热系数。所以在墙板热工设计中,如果想要提高墙板的热工性能,可以适当增加墙板的厚度或选用导热系数较小的墙板材料。并且由于本文中所设计的16套方案均满足承重要求和热工要求,所以造价低的方案最优,故方案1是最优方案。可以看出,外墙是建筑节能工作中的重要的一部分。如果一个国家可以把外墙保温工作做好,那么就可以改善该国家的建筑节能情况。为了节约能源和我国发展,更应

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