現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體熱物理性能研究.pdf

1、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)房屋憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢得到了人們越來越多的關(guān)注。與古代木建筑相比，在建筑風(fēng)格、材料的選擇與制造、節(jié)能保溫性、健康與舒適性、建造水平等都存在很大差異，設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)收規(guī)范還不完善，所以系統(tǒng)研究木結(jié)構(gòu)住宅的建造技術(shù)非常必要。 墻體是建筑物的重要組成部分，對整個(gè)建筑的保溫、隔熱、隔聲等性能起到至關(guān)重要的作用。在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中墻體所占的比例最大，墻體傳熱造成的熱損失所占的比例也最大，研究表明，建筑物通過維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，其耗熱量占

2、整個(gè)建筑使用能耗的73％到77％，其中外墻耗熱量占了30％左右。而墻體的傳熱是一個(gè)極為復(fù)雜的過程，它關(guān)系到整個(gè)建筑環(huán)境的熱舒適度和節(jié)能問題。因此，如何降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是外墻傳熱系數(shù)——K值，成為研究人員們關(guān)注的焦點(diǎn)。研究現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)墻體的熱物理性能不僅有助于科學(xué)地設(shè)計(jì)墻體參數(shù)，空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，同時(shí)對合理評價(jià)整個(gè)房間的節(jié)能效果也具有重要意義，為合理地設(shè)計(jì)木結(jié)構(gòu)墻體和開發(fā)理想的墻體材料提供依據(jù)。 本論文以現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅建筑的墻體為研究對

3、象，采用防護(hù)和標(biāo)定熱箱法對其穩(wěn)態(tài)熱物理性能進(jìn)行了研究，分析了不同的墻骨柱種類、墻骨柱間距、保溫材料種類對墻體熱物理性能的影響，并計(jì)算了墻體的傳熱量；采用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法結(jié)合Matlab軟件和PDE工具箱，以及有限元法對現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體的非穩(wěn)態(tài)熱物理性能進(jìn)行了評價(jià)，分析了使用過程中現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體的溫度場；采用Dest建筑能耗模擬軟件結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際檢測初步評價(jià)了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能性能，獲得的主要結(jié)論如下： 1．通過標(biāo)準(zhǔn)試件

4、標(biāo)定后，防護(hù)和標(biāo)定熱箱法不僅適用于一般鋼混結(jié)構(gòu)建筑墻體的穩(wěn)態(tài)熱物理性能檢測和評價(jià)，該方法也同樣適用于現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑墻體的穩(wěn)態(tài)熱物理性能的檢測與評價(jià)。 2．現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)墻體具有良好的保溫隔熱特性。無論是2×4還是2×6墻體，其穩(wěn)態(tài)熱物理性能都明顯要好于一般的鋼混結(jié)構(gòu)建筑墻體，包括外墻外保溫墻體和外墻內(nèi)保溫墻體。 3．現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)墻體的穩(wěn)態(tài)熱物理性能受到墻骨柱種類、墻骨柱間距、保溫材料的影響。①在墻骨柱間距、保溫材料種類相同的情

5、況下，2×6墻體的熱物理性能優(yōu)于相應(yīng)的2×4墻體。②保溫材料的不同對木結(jié)構(gòu)墻體的熱物理性能有著重要影響，研究結(jié)果表明，在相同墻骨柱種類和墻骨柱間距下，擠塑保溫板構(gòu)成的墻體熱物理性能最好，巖棉保溫板構(gòu)成的墻體次之，聚苯保溫板構(gòu)成的墻體最差。③墻骨柱間距對木結(jié)構(gòu)墻體的熱物理性能也有著重要影響。在保溫材料和墻骨柱種類相同的條件下，隨著墻骨柱間距的增加，墻體的熱物理性能也相應(yīng)提高。因此，在強(qiáng)度允許和結(jié)構(gòu)安全的情況下，可以適當(dāng)增大墻骨柱間距。

6、 4．在相同的外界條件和室內(nèi)熱環(huán)境條件下，木結(jié)構(gòu)墻體的日傳熱量明顯低于鋼混結(jié)構(gòu)的外墻外保溫墻體和外墻內(nèi)保溫墻體，木結(jié)構(gòu)建筑墻體比鋼混結(jié)構(gòu)建筑墻體的節(jié)能效果更明顯。 5．采用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法結(jié)合Matlab軟件和PDE工具箱，可以有效地對現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體的非穩(wěn)態(tài)熱物理性能進(jìn)行評價(jià)。計(jì)算時(shí)采用傅立葉變換將一個(gè)周期內(nèi)離散的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的邊界條件，同時(shí)選用PDE工具箱中的拋物線型偏微分方程，墻體兩側(cè)邊界條件按Neuma

7、nn邊界條件計(jì)算。 6．在相同的邊界條件下，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體溫度場分布情況與一般鋼混結(jié)構(gòu)建筑類似。但是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體的非穩(wěn)態(tài)熱物理性能明顯好于一般的鋼混結(jié)構(gòu)建筑墻體包括外墻外保溫和外墻內(nèi)保溫墻體。主要表現(xiàn)為：①與鋼混結(jié)構(gòu)建筑相比，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體內(nèi)表面溫度明顯高于鋼混結(jié)構(gòu)建筑墻體。②現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體較一般鋼混結(jié)構(gòu)建筑墻體具有更高的抵抗溫度波動的能力。③現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體不僅能有效地改善室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性，還能降低整個(gè)建

8、筑的使用能耗。 7．通過有限單元法，可以準(zhǔn)確方便地求解現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體溫度場分布情況，并獲得墻體內(nèi)部溫度分布情況。在木結(jié)構(gòu)建筑墻體中，保溫材料、空氣隔層主要起到保溫作用，抵抗外界溫度波動，在保溫材料和空氣隔層內(nèi)外兩側(cè)溫差較大。木墻骨在木結(jié)構(gòu)住宅建筑中不僅起到結(jié)構(gòu)承重作用，同時(shí)也起到一定的保溫作用。 8．Dest 建筑能耗模擬軟件可以有效地對現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅在使用過程中的能耗情況進(jìn)行分析。在相同的使用條件下：①現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住

9、宅房間的自然室溫(無采暖和空調(diào))在16～29℃范圍內(nèi)的天數(shù)大于鋼混結(jié)構(gòu)建筑，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅的舒適度優(yōu)于鋼混結(jié)構(gòu)建筑。②現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅建筑的采暖熱負(fù)荷鋼混結(jié)構(gòu)建筑低25.5％；空調(diào)冷負(fù)荷比鋼混結(jié)構(gòu)低8.4％。③木結(jié)構(gòu)建筑一年內(nèi)采暖和空調(diào)耗電量比鋼混結(jié)構(gòu)建筑節(jié)能21.5％。 9．通過現(xiàn)場檢測，可以看出：①木結(jié)構(gòu)住宅墻體能夠有效地抵抗外界環(huán)境溫度的波動。室內(nèi)外溫度均以24小時(shí)為周期變化，但是室內(nèi)溫度波形分布在較窄的范圍內(nèi)。室內(nèi)溫度峰值

10、比室外溫度峰值的出現(xiàn)時(shí)間有2到3小時(shí)的滯后。②室外環(huán)境相對濕度以24小時(shí)為周期變化，室內(nèi)環(huán)境相對濕度基本保持在一定數(shù)值，平均約為40％左右，變化幅度基本受外界環(huán)境影響較小。③北美輕型現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅墻體內(nèi)表面不會產(chǎn)生冷凝。而墻體內(nèi)部有可能會產(chǎn)生冷凝，產(chǎn)生冷凝的部位在聚苯乙烯保溫板和空氣各層之間。通過測試計(jì)算，木結(jié)構(gòu)墻體可能的冷凝量為1.1221g/(m<'2>h)，滿足國標(biāo)中GB50176-93的要求。經(jīng)過檢測，木結(jié)構(gòu)墻體內(nèi)部未見冷凝水，