CLB墙体保温隔热性能试验研究

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竹材轻质高强,具有固碳的独特优势,是一种绿色生态型建筑材料。相比其他传统建筑结构体系,竹结构建筑是天然的可持续建筑。因此,本文提出一种以交错层积竹板为承重结构基础的新型竹结构建筑。交错层积竹(Cross-Laminated Bamboo,简称CLB)由顺纹和横纹板材交错层积,胶合完毕热压固化处理而成。本文以试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法探究了CLB墙体的保温隔热性能,主要研究内容如下:(1)采用防护热板法测定了重组竹板材和EPS材料的导热系数,λ重组竹=0.263W/(m·K),λEPS=0.040 W/(m·K),为后续章节的试验研究和有限元模拟分析提供数据支持。重组竹板材的导热系数随着平均温度的升高而逐渐增大。相较于常用建筑墙体材料,重组竹板材的导热系数较小,保温隔热性能良好。(2)通过试验探讨了不同厚度、不同层板数量和不同组成材料对CLB墙体稳态传热性能的影响。结果表明,CLB墙体的传热系数随着厚度的增加而降低,采用外保温对CLB组合墙体的热传递性能影响显著,增加一层(30mm)EPS板可使CLB墙体的传热系数降低48.2%53.9%。根据理论公式计算得到的传热系数理论值与CLB墙体试验值的误差基本在15%以内,吻合较好。CLB组合墙体传热系数较小,可在我国各热工区广泛应用。且CLB墙体的传热系数不一,可为竹结构建筑在不同热工区的节能设计提供参考依据。(3)墙体传热系数的有限元模拟结果与试验值的误差在5%以内,且模型热流密度和温度的变化趋势与试验结果相吻合,故ABAQUS可以较为准确的模拟CLB墙体的传热过程。本文综合考虑太阳辐射和空气温度变化,给出室外综合温度的计算公式,可作为建筑结构非稳态分析的参考依据。有限元热分析结果表明,相较钢混墙体,CLB墙体内表面温度变化幅度小,室内热环境也更为稳定,保温隔热性能优越。保温层最合理的位置是在墙体外侧,即墙体采用外保温方可以显著减少外部环境流入或传出墙体的热量,有效地减小外界温度波动对墙体承重结构层的影响,对建筑墙体的耐久性更为有利。(4)采用能耗模拟软件DeST-h,建立居住建筑模型,研究不同墙体对建筑能耗的影响。根据结果可得,在建筑围护结构相同厚度条件下,CLB结构住宅相比钢筋混凝土结构住宅节能18.7%,相比砖混结构住宅节能13.5%,且具备良好的室内舒适性和热状况稳定性。随着CLB墙体和EPS保温层厚度的增加,建筑全年冷热负荷均随之下降,但下降趋势越来越平缓,即EPS保温层对降低建筑能耗的贡献越来越小。
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