冀东地区农宅热桥传热机理及阻断参数优化研究

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我国农村建筑围护结构热工性能不佳是当前普遍存在的问题,对农宅进行建筑节能改造,可以降低冬季供暖系统运行成本,从根本上解决农村建筑供暖能耗高的问题,对形成可持续发展的清洁取暖工作的长效机制具有重要意义。随着对农宅围护结构热工性能的要求逐渐提高,农宅建筑热桥现象愈加得到重视,降低热桥效应对建筑能耗的影响是农村建筑节能的关键技术途径。然而,我国现行标准中建筑热桥阻断的理论设计依据尚有不足,需要从农宅热桥效应的传热机理出发进行热桥阻断技术的研究。本研究主要采用实测、理论分析和数值模拟相结合的方法研究热桥效应的传热机理及热桥阻断技术,主要研究内容及结果包括:(1)对冀东地区农宅围护结构基本信息和热桥现状进行实地调研,对冀东农宅热桥进行分类并分析其特点。冀东农宅以砖木结构为主,屋顶和窗间墙是热桥效应较为严重的区域,热桥主要包括三种类型:非均质类、挑出类和变截面类。农宅热桥表现出单处热桥成因复杂,多处热桥相互影响的特点:以农宅屋檐为例,其热桥成因就包括材料热工性能差异、内外换热面积不同等;以南向窗间墙为例,由于门窗边框与屋檐、其他门窗、山墙的距离较近,热桥存在相互影响的现象。(2)利用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究非均质类、挑出类和变截面类(墙角)热桥的传热机理和影响因素。国内外现行标准中热桥稳态传热计算依赖于数值模拟工具,不能清楚地获悉热桥传热机理和影响因素作用关系。针对挑出类热桥和变截面类热桥传热机理尚不清晰的问题,本研究引入肋片传热法和形状因子法分析两类热桥的传热过程。研究发现:挑出结构热桥效应的主要影响因素有挑出结构的导热系数λ、截面参数和挑出长度H,其中挑出结构是否强化传热由λ值和挑出结构截面形状共同决定,而H对热桥的作用会受到λ值的影响。变截面热桥效应(墙角)与材料λ、墙体厚度δ值成正相关关系。(3)以壁面温差及温度分布为指标,提出了不同类型热桥阻断保温层厚度和覆盖范围的确定方法。基于内壁面温差变化率确定保温层最佳厚度,基于壁面温度分布确定保温层覆盖范围,结果表明:非均质热桥效应不仅发生在非均质边界,还发生在非均质构造的主体区域,因此非均质构件外保温覆盖范围适合取为非均质整体;以EPS板为例,保温层最佳厚度为0.015 m。挑出类适用于在非挑出侧进行局部阻断,挑出结构材料为钢材时最佳厚度为0.025 m(EPS板),最佳保温材料覆盖范围为0.37 m。变截面(墙角)类热桥适用于内保温改造,最佳厚度为0.025 m(EPS板),最佳保温材料覆盖范围为0.37m。本研究结果丰富了冀东农宅热桥阻断设计参数理论体系,为提升当地农宅断热桥改造技术以及建筑热工水平提供了理论依据。
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