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节能轻质砖 加气块在框架结构中的应用研究


框架结构建筑中的轻质砖 加气块作为外围护结构的重要组成部分,其保温隔热性能的优劣会直接影响到建筑的总能耗。如何使墙体的节能构造更好地适应不同气候条件是本文研究的重点。由于自保温墙体在不同地区的节能适宜性研究目前还开展的较少。因此,针对自保温节能轻质砖 加气块在不同气候区的应用研究有着重要的意义。

本文首先阐述了我国的建筑气候区划和气候特点,以及不同地区的气候条件对建筑能耗的影响。其次,从人体热平衡角度出发,分析了热平衡因子对人体热舒适性造成的影响,以及室内外环境因素对室内热环境形成的作用。通过对比三种不同构造形式的外墙保温系统,指出自保温墙体所拥有的突出优势。归纳了不同气候区的外墙应达到的节能设计要求。并依据各气候区的外墙传热系数限值,计算出不同节能墙体材料所需的最小厚度,还结合所选材料的规格尺寸,提出了不同的自保温节能轻质砖 加气块构造方案,并验算其热惰性指标。确定了满足节能设计要求的轻质砖 加气块构造措施。为了进一步验证其节能效果,本文利用清华大学开发的DeST能耗分析软件,重点研究对比分析了在选用不同自保温节能墙体构造时建筑的自然室温、全年采暖与制冷负荷以及传热系数、热惰性指标等参数变化对建筑负荷的影响及节能效果。

结果表明:在严寒和寒冷地区,采用蒸压加气混凝土砌块与保温材料复合而成的不同厚度的自保温砌块,对于框架结构轻质砖 加气块既可以满足相应的节能标准,建筑全年热负荷也会随着保温层厚度的加大而逐渐减少。而在夏热冬冷和夏热冬暖地区,可直接采用蒸压加气混凝土砌块、节能页岩空心砌块或者陶粒混凝土空心砌块,就能满足相应的节能要求,而建筑全年负荷的大小控制则需同时兼顾墙体的传热系数和热惰性指标的要求。研究得出:在夏热冬冷地区运用自保温墙体节能技术最为适宜,可供选择的保温材料种类较多。

综上所述,节能的自保温轻质砖 加气块是一种很好的节能围护结构,可以广泛应用在各类框架结构建筑中,它的研究必将为今后的节能建筑提供更加广阔的应用前景。

关键词:框架结构;节能;轻质砖 加气块;保温隔热,蒸压加气混凝土砌块,轻质砖,加气块
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1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1研究背景

上世纪70年代,发生了一次全球性的能源危机,危机对以石油为主要能源的进口国家带来了巨大的冲击,危机过后,各国开始意识到节能的重大意义[1]。石油、煤和天燃气作为当前主要的能源资源,它们在全球的分布十分不均。作为一次性消耗能源,这些能源不但储量有限,在若干年或者百年之后会被完全消耗掉,同时也会造成严重的大气污染,危害人们的健康。因而,全球各国都对节能加大了关注力度。

英国石油公司在其2011年的一份统计报告里指出:截止2010年末,各国已经发现的原油储量是1.383万亿桶,若依2010年各国的开采进度,这部分原油仅可以再开采46.2年;已经探明的可开采的煤炭储量为8609亿吨,也仅能被继续开采118年;而探得的天燃气储量是187万亿立方米,只能继续开采58.6年[2]。

我国正处在工业化的重要阶段,能源消费模式比较单一,煤炭的使用量在我国总体的能源使用中占据着大约69%以上的比例。我国是一个人口大国,也是一个建筑大国,

建筑能耗在各种能耗之和中的比例也是一直增加的,当前已达到了各类能耗之和的28~33%。建筑能耗在所有能耗中所占分量的大小,能体现出一个国家的发展水平以及国民生存质量的优劣[3]。随着工业现代化不断向前推进,建筑总能耗在各类能耗之和中的比例依然会有所增加。在我国建筑类市场规模一直扩大的同时,居民对于室内环境以及舒适度的需求也是同样一直在提升。建筑的作用不仅仅是为居民提供了遮挡风雨的地方,更为人们创造了一个良好又舒适的热环境,要想维持相对恒定的建筑室内热环境,就必须不断地向建筑内部增加能量。总的来讲,我国的建筑总能耗也是处于持续增长状态。我们既要保持经济的持续增长发展,也必须要在建筑节能方面不断加大力度。随着“十二五”建设小康社会的逐步深入,建筑类各项事业必将保持持续迅猛发展态势。当前的现有建筑中,节能建筑却比较少,大量的建筑不论是从围护结构还是从采暖制冷来计算,都是高能耗建筑[4]。

建筑节能已经成为一个世界性的问题,虽然我国起步相对较晚,但是我国一直在建筑节能方面努力改善不良局面,并在一步步的推进建筑节能事业的发展和变革。推进建筑节能对于节约能源,提高能源利用效率,保护大气环境和提高改善建筑室内的热环境都有十分重大的意义。

(1)建筑节能有益于缓解能源短缺


20世纪70年代发生的石油危机,使各国都意识到能源短缺存在的危害,也使各国开始重视高效利用能源。众所周知,我国作为一个人口大国,总数量接近全球人口总和的百分之二十,人均所占各主要能源资源的储量却都低于世界平均水平。与此同时,作为一个能耗大国,各类能耗之和已达全球第二,仅比美国相对较少[5]。国家统计局的统计结果表明我国2014年全年的能源消耗总量为42.6亿吨标准煤。伴随着我国巨大的建设步伐,能源消耗依然将会增大。建筑能耗是其中一个主要方面,因此,推行建筑节能就可以有效减少能耗总量。实行建筑节能是我国缓解能源短缺和能源供求矛盾,以及促进经济发展的一项有利措施。
(2)建筑节能有益于环保事业

我国当前的能源结构中煤炭和石油占很大比例,煤炭燃烧时会排放大量的二氧化硫和烟尘。大气污染的日益严重,温室气体的排放引起了全球气候的升温,臭氧层的破坏使我们受到紫外线辐射的时间和概率都增大了,酸雨会增加建筑物的锈蚀程度,这一切都迫使我们继续实行节能减排。通过建筑节能,排放到空气中的温室气体、二氧化硫、烟尘都会下降,酸雨也会减少,氮化物等极易造成人体患肺癌的气体排放量都会慢慢下降。

(3)建筑节能有益于提高室内热环境

营造一个相对比较舒适的室内热环境已成为节能建筑的一项重要标志[6]。在发达国家中,人们比较重视节能问题,能源的利用效率也相对比较高,他们不断寻求改善室内热环境的途径。我国从改革开放以后,开始对能源的有效利用进行重点关注,后来由于经济水平的提升和国民生活质量的提高,也开始对所居住建筑的室内环境品质加强了重视。创造适宜的室内热环境,冬季的时候就需要借助一些采暖设备,夏季的时候就需要借助空调等降温设备。建筑节能不仅可以提升能效,也可加强围护结构在的传热方面的控制。

2012年5月9日,国家住建部公布了“十二五”建筑节能专项规划。其中阐述了我国在此阶段的建筑节能目标,也就是要实现1.16亿吨标准煤的节能效果,建成一批节能

示范建筑以及超低能耗建筑,各地区还要因地制宜,发展适合地区情况的节能保温墙体材料,研究推广新型节能墙体,加大对节能建材企业的支持力度,新型墙材的比例要超

过65%,且要在工程项目上的应用达到75%以上[7]。

1.1.2研究意义

建筑能耗包括了多个方面的因素,其中有采暖、制冷、照明设备、日常用电器能耗等,在这些不同能耗中,采暖和空调制冷能耗占据了60%左右的比例[8]。因此要想降低总能耗,就必然要在采暖升温和空调制冷降温方面多加研究。我国建筑每平米能耗大约是世界上同纬度发达国家的2~3倍,与这些国家之间的差距相对较大[9]。建筑的围护结构包括了外围护结构部分以及内围护结构部分,但是,现实工程应用中,一般所指的围护结构都是指建筑的外围护结构部分。外围护结构包括了房屋建筑的外墙、外窗、外门以及建筑的屋面等部分。围护结构部分消耗掉的能源总和达到了整个建筑系统采暖以及空调制冷能耗之和的三分之一左右。建筑围护结构具有良好的保温以及隔热性能,不但可以控制通过建筑的热量传递,还可以使建筑内部拥有相对稳定的室内热环境,满足人体对热舒适性方面的需求,最终也可以减小整个建筑的总能耗。在建筑的外围护结构中,外窗、外墙等各部位所消耗的能量也不尽相同,如图1.1所示,从图中能够看出,外墙所占的比例达到了25%左右。外墙在建筑围护结构中所占比例较大,外墙消耗的能量也较多,因此必须重视建筑外墙体部分的节能。通过外墙部分的节能,可以增强整个建筑围护结构的保温隔热性能,最终实现减小总能耗的目的。