外围护墙体材料热湿特性及其对建筑供暖能耗的影响

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sway6543058
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墙体材料含湿率会影响其导热系数。但是,目前我国的建筑材料热湿物性数据库十分匿乏,相关的建筑节能设计标准或手册中所提供的导热系数均为绝干状态下的数值;若不考虑墙体材料含湿量的影响,会导致热工计算及节能设计与实际情况不符。本文以试验的方法,研究了典型外围护墙体材料的热湿特性,以丰富我国建筑材料热湿物性数据库;并以此为基础,进一步研究了外围护墙体材料热湿特性对建筑供暖能耗的影响。本文选择了几种在外围护墙体工程中经常使用的多孔建筑材料,并对其热湿特性开展了研究,具体包括加气混凝土、泡沫混凝土、陶粒混凝土等三种无机材料以及秸秆板等有机材料。多孔材料的湿传递与湿积累是多种现象共同作用的结果。已有研究中,多采浸泡法或喷洒法改变其含水率,这与工程实际明显不符。本文采用了国际通用的恒温恒湿箱法,通过调节环境相对湿度的方式改变其含湿率,更符合实际湿传递与湿积累过程。通过试验发现,不管是有机材料还是无机材料,其质量含湿率均会随着环境相对湿度的增加而单调增加,4种外围护墙体材料在高湿环境下的含湿率相较于低湿环境分别增长了6.25倍、4.04倍、3.6倍、5.4倍。经过多次拟合发现,使用多项式拟合可以相对准确的反应建筑材料平衡含湿率与环境相对湿度之间的关系,4种材料的拟合关系式分别为:y=0.00005x3-0.0058x2+0.2066x-0.0752;y=0.00005x3-0.0057x2+0.2957x-0.1041;y=0.000008x3-0.001x2+0.0891x-0.0404;y=0.0001x3-0.011x2+0.4398x-0.1213。通过计算发现,4种拟合曲线分别在环境相对湿度38.6%、38%、41.6、36.7%时出现了拐点。采用基于稳态导热理论的防护热板法,本文研究了外围护墙体材料在不同环境相对湿度下的导热系数变化规律。通过试验发现,4种材料的导热系数均会随着环境相对湿度的增加而增加,在高湿(95%)环境下的导热系数相较于低湿(30%)环境分别增长了51.2%、36.1%、4%、109.6%,其拟合关系式分别为:y=0.0000002x3-0.00002x2+0.0007x+0.1207;y=0.0000001x3-0.00002x2+0.0007x+0.1187;y=0.00000004x3-0.000004x2+0.0001x+0.2129;y=0.0000002x3-0.00003x2+0.0014x+0.0519。值得注意的是,加气混凝土与泡沫混凝土虽然均属于发泡混凝土,但由于其内部孔隙分别为连通孔和封闭孔,导致其导热系数变化规律有较大区别。秸秆板的含湿率始终高于其他三种材料,且在高湿环境下的吸湿速率明显大于其他三种材料,说明秸秆板的含湿率受相对湿度的影响较大,调湿能力较强。在上述研究的基础上,本文使用能耗模拟软件Energyplus对不同墙体含湿率情况下的建筑供暖能耗进行了模拟。通过模拟发现,当农村住宅分别采用加气混凝土、泡沫混凝土、陶粒混凝土、秸秆板作为外围护墙体材料时,使用绝干状态下的材料热物性能计算参数进行模拟,其年供暖能耗分别为52.64GJ、52.56GJ、54.82GJ、48.83GJ,而在使用高湿环境下的材料热物理性能计算参数进行模拟时,年供暖能耗分别为54.5GJ、53.8GJ、54.96GJ、52.59GJ。实际供暖能耗增加比达到了3.5%、2.3%、0.3%、7.7%。无论环境相对湿度如何变化,采用秸秆板作为外围护墙体材料时,建筑的供暖能耗最小;采用陶粒混凝土作为外围护墙体材料时,建筑的供暖能耗最大,证明秸秆板的保温隔热能力要强于其他3种材料。加气混凝土与泡沫混凝土均属于发泡混凝土,在较低环境相对湿度下,两者的供暖能耗差距较小,但在高湿环境其差距明显加大,达到了1.2%。
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