热桥对预制轻钢骨架复合保温墙体热工性能的影响研究

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装配式建筑已被广泛应用于如今的建筑形式中,建筑热桥能耗在节能建筑中的比例远超传统建筑,围护结构热桥的研究在建筑中很重要,在节能要求更严格的超低能耗或近零能耗建筑中,热桥的研究更加重要,甚至在一些节能指标高的建筑要求建筑实现无热桥设计原则。本文以预制轻钢骨架复合保温墙体为研究对象,分析预制墙体的安装方式,对比外挂式安装和内嵌式安装,以框架梁热桥节点为模型,采用Therm模拟梁节点分别在不同安装方式下的传热,计算热桥系数和热流量,对比两种安装方式的传热效果。分析保温层厚度对热桥节点的传热影响,CAD建立包括外墙与梁交接处、外墙与柱交接处、女儿墙、外墙阴阳角及外墙勒脚六种模型,导入Therm软件中进行有限元分析,得到各节点的温度场和热流密度场,计算热桥系数和二维传热系数。研究柱和梁两种节点在保温材料为XPS、岩棉、石墨聚苯板和聚氨酯时的传热,为证实模拟结果的准确性,与德国被动房研究所采用Flixo模拟的内嵌式节点热桥系数对比。通过Dest模拟忽略热桥时建筑全年能耗和考虑热桥存在时的能耗对比,再与实测能耗对比分析,验证准确性。结果表明,外挂式节点和内嵌式节点热桥系数随着保温层厚度的增加,外挂式节点热桥系数一直小于内嵌式节点热桥系数,二维传热系数也是如此,证明在预制轻钢骨架复合保温墙体下外挂式安装方式优于内嵌式安装方式。热桥节点二维传热系数和热桥系数均随保温层厚度增加而减小,各节点热桥系数在保温层厚度增加到150mm以后趋于平缓。外墙阳角和女儿墙热桥系数均为负,证明此节点的传热优于常规部位,外墙勒脚和梁节点保温层厚度达到100mm时可达到无热桥设计原则,柱节点在保温层厚度不到100mm时即可满足无热桥设计原则。通过Therm对岩棉、XPS(挤塑聚苯乙烯板)、石墨聚苯板、聚氨酯保温板这四种保温材料的热桥节点传热模拟,得出聚氨酯保温效果最好,岩棉最差,建议墙体优先采用聚氨酯作为保温材料。为证实模拟结果的准确性,与德国被动房研究所采用Flixo模拟的内嵌式节点热桥系数对比,比对得到误差7%,证明本文模拟具有准确性。Dest模拟柱节点、梁节点和外墙勒脚节点存在时建筑全年能耗,模拟得到热桥存在时建筑全年总计热负荷为1189.5k Wh,全年总计冷负荷为898.5k Wh,模拟建筑不考虑热桥时全年总计热负荷为1109.5k Wh,全年总计冷负荷为835.4k Wh,对比得出考虑三种热桥的影响后建筑全年热负荷增加7.2%,全年冷负荷增加7.6%。为验证能耗模拟准确性,与实测耗电量对比分析,得到与实测误差为4.8%。
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