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粉煤灰加气混凝土墙体温度及节能效应研究




2、加气混凝土墙体在年温度变化不大,对墙体进行稳态传热数值模拟。计算结

果表明温度沿墙体的厚度方向成线性分布,与多大多数的研究结果一致。这表明了,温度沿着墙体的厚度方向的温度分布情况与温度作用下的温度分布函数相关。3、对加气混凝土墙体在温度作用下的热结构耦合分析,得到随着墙体的内、外

表面的温差增大,相应的墙体的温度应力也增加。而得到的墙体的第一主应力中,墙体的拉应力要大于墙体的压应力。在温度作用下,墙体在拉应力在沿着墙体高度方向为最大,墙体的压应力最大则在墙体的厚度方向,而沿着墙体的高度方向的拉、压应力则与沿着墙体的长度方向基本一致,而拉应力最大的位置在靠近墙体外表面的内部。由加气混凝土墙体的材料特性可知,其开裂主要是由温度作用下的产生拉应力引起,而且裂缝是从墙体的内部开始开展的。

第五章加气混凝土墙体的节能效应分析

5.1节能背景与其意义

二十世纪中后期能源问题倍受世界各国重视,各国分别对能源问题采取了相应的研究,并实施了相应对策,但是并没有从根本问题上得到有效的解决[50]。我国经过多

年在理论研究与工程应用的基础上,积累了大量的数据,我国的能量问题也得到一些缓解,并采取了相应的措施。近几年来,我国提出了建设创新型国家的背景下,要求节能要逐步融入当今经济发展主旋律,为了节约能源,推动科技成果转化,提升我国经济中的科技含量。建筑节能不仅仅是一个环境与能源的问题,同时也关系着我国未来经济的持续发展。在我国目前建设领域下,建筑节能已经成为科技推动经济增长的重要领域。相应的要求加快推进建筑节能、绿色建筑建设等节能工程,加快建筑节能50%与65%的示范工程的建设。要求建立建筑节能的长效机制,进一步强化能源消耗和环保制度。国家同时投入大量资金来保证节能减排的实施,对重点节能工程以及重大节能技术研究开发,高效节能新型材料的推广予以重点支持,同时引进、研究开发和应用多种项目的节能新型技术,来鼓励和支持建筑、建材、电力、化工、水泥等多行业领域的节能减耗技术改造。在建筑节能上,我国在节能技术研究开发、引进推广以及对节能技术改造的项目上投入大量的资金,而且在建筑领域推广新型墙体材料在全国的应用,对于耗能、耗土的实心粘土砖出台的相应的禁止使用措施。近几年我国在建筑节能方面措施,可以看出我国对能源问题的高度认识与重视,然而到目前为止我国建筑上的能源浪费依然很严重。由于我国在建筑节能的技术与管理离国际先进水平还有一点的差距与不足,使得在建筑节能上对能源的利用效率水平不是太高,单位面积上的建筑能耗指标较高。长期日积月累,建筑对能源消耗的数量是巨大的。通过多年的调查与研究的成果,我国在这一领域取得了一定的成绩,使得多数人们认识到建筑节能的重要性,同时通过相应的研究数据表明了我国在建筑节能的领域具有巨大潜力。

5.2我国节能的基本知识

5.2.1我国建筑能耗基本情况

建筑的能源消耗主要是指建筑物在其使用过程中对消耗的能源[51],主要包括照明、家用电气、空调采暖、空调降温等能源消耗,其中主要的能源消耗以空调采暖、降温为主

随着经济的快速发展,我国现在拥有的建筑规模巨大。据有关部门统计,截至2004年,我国城乡既有建筑面积420亿m3,其人均建筑面积达到32.3m3,然而社会总能耗的30%左右是建筑耗能,节能达标率不足10%。建筑能耗的所占社会总能耗比例越来越大[53]。至上世纪末,我国建筑能耗3.5亿吨标煤,社会总能耗13亿吨标煤,占到社会总能耗的27%。根据有关研究数据表明,我国在2020年时,建筑将消耗10.89亿吨标煤能源,在总能耗为25亿吨标煤中的比例达到44%。我国建筑能源消耗的情况所占较为严重,目前我国广大农村大多数仍然处于直接燃烧矿物能源或生物能源的条件小,其能源使用效率低下,消耗能源巨大。经济的快速发展推动着我国的建筑面积快速增长,建筑能耗的所占的比重也在相应快速增加。

5.2.2建筑节能50%标准与节能65%标准

我国建筑节能是以1980年至1981年的建筑能耗为基础,实行三步的建筑节能标准,每一个阶段在上一个阶段的基础上提高建筑节能能效30%。我国在1986年8月1日起实施第一阶段的建筑节能30%标准,称为节能30%的标准。从1996年7月1日开始实施节能50%的标准,即节能第二阶段。建筑节能50%是指在全国各地1980年至1981年住宅的通用设计建筑能源消耗水平的基础上节能达到50%。第三步节能即节能65%的标准,是在第二步节能的基础上再节约建筑能耗30%。目前我国住宅建筑与公共建筑大多数的是节能标准为节能50%,部分地区也推进节能65%标准[54]。

节能50%的标准是指建筑物的节能率应达到35%,即相应其耗热量指标应降低35%以上,在其供热系统的节能率所占的比列为23.6%,假设建筑物的节能按相应的比例分配,其总节能率为50%时,而建筑物自身所占比列则为30%,其供热系统所占的比列为20%。依据供热系统在节能率中所达到的比列23.6%,此时则需要提高相应的锅炉运行效率,从1980年的0.55,而在1981年时达到0.68,管网输送效率应也应该从0.85达到0.90。为了对节能50%的标准详细说明,例子如下:设一栋居住建筑,依据计算,该居住建筑的耗能量为qH=28.76W/m2,相应地该居住建筑的采暖总耗能热量为:
此时该居住建筑总的能源消耗达到了节能50%的标准,而节能65%的标准的原理和节能50%的标准的原理基本相同。

5.2.3影响建筑节能的主要因素

由于建筑的系统是复杂的,因此建筑对能耗产生影响的原因相应也是相对复杂的,其主要分外界条件与建筑自身情况对能耗的影响[55]。外界条件对能耗的影响,主要体现在气候条件方向,而建筑自身情况对能耗影响主要有两个方面:建筑围护结构材料的热工性能与建筑形体系数[56]。气候条件对建筑能耗的影响,主要是由于极端气候的出现,在极端气候下,天气过冷或者过热,人们了舒适的生活、工作环境,采用能源来改变室内的生活、工作的舒适性,从造成大量的建筑能耗。相对来说,在舒适的气候下,人们很少采用能量来改变生活、工作的环境。在春季与秋季时,相对的建筑能耗要远远小于夏季、冬季的建筑能耗,在夏季的建筑隔热、冬季的建筑保温显得尤其的重要,是有效减少建筑能耗的办法之一。

建筑的体型系数对建筑能耗也有重要的影响。建筑的体型系数即建筑与室外大气空气接触的表面与其体积的比值,与建筑的层数、层高、长度、宽度有一定的关系,在一定条件下,减少建筑的体型系数,即减少了建筑与室外大气空气的接触面积,会减小热量传递的面积,从而更有利于建筑能耗的减少。

建筑围护结构材料的热工性能直接影响到建筑能耗的大小。一般的来说,围护结构的传热系数越小,建筑的能耗越小,更有利于建筑的节能,相反地传热系数较大,建筑的能耗越大,不利于建筑的节能。在建筑的围护结构中主要、围护墙体、外窗、外门等,其中主要外墙与外窗在围护结构占有很大的比列[57]。外墙应采用传热系数较小的材料作为外墙,更有利于建筑的节能,相应的外窗,应该适当的减小窗墙的面积比值,窗户的热传递是墙体的几倍,因此减小窗墙面积比有利于建筑的节能[58]。


5.3加气混凝土墙体的工程应用

5.3.1加气混凝土墙体的传热系数计算

蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的导热系数λ=0.18W/(m?k),考虑其修正系数为1.0,砌块的厚度为200mm,其热阻计算如下[59]:


依据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》,取外表面换热阻Re=0.04m2?K/W,

取内表面换热阻Ri=0.11m2?K/W,加气混凝土墙体的传热系数则为:

Ri+R+Re0.11+1.11+0.04

通过计算所得的加气混凝土墙体的传热系数与加气混凝土稳态传热试验所测得的传热系数基本一致。

对于夏热冬冷地区的居住建筑,围护结构的热惰性指标D≤2.5,相对应的外墙的传热系数K≤1.0,围护结构的热惰性指标D>2.5,相对应的外墙的传热系数K≤1.5,

在不考虑外墙的平均传热系数的条件下,即单一的蒸压粉煤灰加气混凝土墙体能够满足《夏热冬冷地区的居住建筑设计标准》,是良好的自保温材料。

对于夏热冬冷地区的公共建筑,为甲类公共建筑时[60],围护结构的热惰性指标D≤2.5,相对应的外墙的传热系数K≤0.60,在不考虑外墙的平均传热系数的条件下,即单一的蒸压粉煤灰加气混凝土墙体不能够满足《公共建筑节能设计标准》的要求,需要设置外墙的保温层;围护结构的热惰性指标D>2.5,相对应的外墙的传热系数K≤0.80,在不考虑外墙的平均传热系数的条件下,即单一的蒸压粉煤灰加气混凝土墙体能够满足《公共建筑节能设计标准》,是良好的自保温材料;为乙类公共建筑时,相对应的外墙的传热系数K≤1.00,在不考虑外墙的平均传热系数的条件下,即单一的蒸压粉煤灰加气混凝土墙体能够满足《公共建筑节能设计标准》,是良好的自保温材料。而相应的传统材料粘土实心砖的导热系数λ=0.81W/(m?k),考虑其修正系数为