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玻化微珠整体式保温隔热建筑研究

作　者: 代学灵
导　师: 李珠
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 玻化微珠保温砂浆保温混凝土整体式保温隔热建筑导热系数城市窑洞
分类号: TU111.41
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着全球能源危机的日益加剧,地震自然灾害的频繁发生,人们迫切需要节能省地且具有高抗震性能的新型建筑结构体系。为了贯彻国家建筑节能政策,更好地解决居住建筑供热计费实施分户计量的瓶颈,大幅度提高节能效果及居住与工作舒适度,达到有效降低建筑能耗的目的,基于绿色建筑的发展要求,提出了“城市窑洞”——玻化微珠整体式保温隔热建筑。研究过程中借鉴了传统土窑洞的保温隔热原理,通过将新型高效节能保温材料应用到现代建筑中,营造出一种“形状上不似窑洞,功能上胜似窑洞”的超低能耗新型绿色建筑。本文进行的主要工作及取得的研究成果如下：1.对传统土窑洞进行调研,在继承传统土窑洞内涵的基础上,提出了“城市窑洞”理念,并获得国家发明专利——城市建筑“窑洞式”环境的室内保温施工方法(ZL200710185259.8)；2.进行石膏基玻化微珠保温砂浆的试验研究,利用黄石膏等工业废弃物,引入发泡技术和相变技术将保温砂浆导热系数降到了0.055 W/(m·K),同时保温砂浆抗压强度大于0.3MPa;3.进行玻化微珠保温混凝土试验研究,研制出导热系数小于0.2 W/(m·K),抗压强度大于C40,能同时满足保温和承重要求的混凝土；4.根据密闭、微环境控制、相变蓄热等保温隔热原理,采用玻化微珠保温砂浆及玻化微珠保温混凝土分别对内胆式整体保温体系和现浇整体式保温体系进行了系统设计；5.将玻化微珠整体式保温隔热建筑试点工程与仅外墙采用玻化微珠保温的建筑各取一个有代表性房间进行保温效果实测,能耗进行计算对比分析,前者比后者节能71.9%,整体式保温节能效果十分明显；6.以太原地区的典型建筑物为研究对象,应用DEST-H软件建立热工分析理论模型,结果表明,分户计量时整体式保温节能率可达到75.8%,分室控制时节能率为78%,超过了国家现行50%和65%标准,为国家采暖实施分户计量和下一步推行75%节能标准提供参考；7.以太原市某21层剪力墙结构住宅为例,应用ANSYS分析软件的谱分析方法,对比了玻化微珠整体式保温隔热建筑与普通混凝土剪力墙结构的抗震动力性能,计算结果表明,玻化微珠整体式保温隔热建筑比普通混凝土剪力墙结构有更好的抗震性能；8.对玻化微珠混凝土整体式保温体系与普通钢筋混凝土结构加外墙保温体系进行了技术经济性比较,结果表明,玻化微珠整体式保温体系在显著提高建筑物的保温性、抗震性、耐久性、舒适性、绿色性、防火性的同时,可使建设成本降低。9.为使玻化微珠整体式保温隔热建筑体系尽快得以推广应用,在试点工程应用的基础上,编制了山西省地方标准《玻化微珠整体式保温隔热建筑》技术规程(DBJ04-274-2008)。10.玻化微珠整体式保温隔热建筑研究项目于2010年5月28日通过山西省科学技术厅组织的专家鉴定(鉴定证书号：101114),达到国际领先水平。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-29
  1.1 研究目的及意义  14-15
    1.1.1 研究目的  14
    1.1.2 研究意义  14-15
  1.2 建筑节能的发展趋势  15-17
    1.2.1 世界能源形势  15
    1.2.2 我国建筑节能的发展趋势  15-17
  1.3 研究背景  17-21
  1.4 国内外同类技术情况对比  21-24
  1.5 传统窑洞的启示  24-26
  1.6 课题的提出  26
  1.7 研究内容和方法  26-29
    1.7.1 研究内容  26-28
    1.7.2 研究方法  28-29
第二章玻化微珠整体式保温隔热建筑的材料研究  29-56
  2.1 玻化微珠改性  29-32
    2.1.1 矿砂选择  29-30
    2.1.2 生产设备改进  30
    2.1.3 改进生产工艺  30-32
    2.1.4 玻化微珠的优良特性  32
  2.2 石膏基玻化微珠保温砂浆正交试验研究  32-44
    2.2.1 试验用原材料  32-34
    2.2.2 试验仪器设备  34
    2.2.3 正交试验设计方案  34-37
    2.2.4 试件的测试  37-39
    2.2.5 玻化微珠保温砂浆导热系数极差分析  39-41
    2.2.6 玻化微珠保温砂浆抗压强度极差分析  41-42
    2.2.7 玻化微珠保温砂浆试件方差分析  42-44
  2.3 玻化微珠承重型保温混凝土研究  44-54
    2.3.1 玻化微珠承重型保温混凝土导热性能理论分析  44-46
    2.3.2 试验用原材料  46-47
    2.3.3 试验设备  47-48
    2.3.4 正交试验设计方案的确定  48-50
    2.3.5 试件制作及养护  50-51
    2.3.6 试件的测试  51-52
    2.3.7 玻化微珠保温混凝土试件的极差分析  52-53
    2.3.8 玻化微珠保温混凝土试件的方差分析  53-54
    2.3.9 玻化微珠承重保温混凝土的受压破坏断面分析  54
  2.4 本章小结  54-56
第三章玻化微珠整体式保温隔热建筑设计与施工  56-72
  3.1 整体式保温隔热建筑设计原理  56-57
    3.1.1 整体封闭原理  56
    3.1.2 微环境控制原理  56-57
    3.1.3 相变蓄能原理  57
  3.2 整体式保温隔热建筑设计  57-65
    3.2.1 整体式保温隔热建筑的形式  57-61
    3.2.2 整体式保温隔热建筑围护结构构造  61-62
    3.2.3 整体式保温隔热建筑门窗设计  62-65
  3.3 整体保温建筑热源设计  65-68
    3.3.1 地源热泵供暖系统  65-67
    3.3.2 太阳能低温热水地板辐射供暖系统  67-68
  3.4 整体式保温隔热建筑施工  68-71
    3.4.1 玻化微珠保温混凝土浇筑施工  69
    3.4.2 玻化微珠保温砂浆发泡喷涂施工  69-71
    3.4.3 玻化微珠保温砂浆人工抹面施工  71
  3.5 本章小结  71-72
第四章整体式保温体系与外保温体系节能效果对比分析  72-89
  4.1 工程概况  72-74
  4.2 热工计算的依据  74-78
  4.3 玻化微珠外保温节能计算  78-80
    4.3.1 玻化微珠保温外围护构造做法  78-79
    4.3.2 玻化微珠保温外围护结构节能计算  79-80
    4.3.3 玻化微珠保温外围护结构最小传热阻计算  80
  4.4 玻化微珠整体式保温与外保温单个房间能耗对比  80-85
    4.4.1 玻化微珠外保温建筑单个房间能耗计算  80-82
    4.4.2 玻化微珠整体式保温单个房间(城市窑洞)能耗计算  82-85
    4.4.3 整体式保温与外保温能耗对比分析  85
  4.5 整体式保温隔热建筑与外保温湿度实测及对比分析  85-88
    4.5.1 冬季未供暖时整体式保温隔热建筑实测温湿度对比分析  86
    4.5.2 冬季连续供暖时整体式保温隔系统温湿度实测及对比分析  86-87
    4.5.3 冬季间歇供暖时整体式保温隔热建筑温湿度实测及对比分析  87-88
  4.6 本章小结  88-89
第五章玻化微珠整体式保温隔热建筑能耗模拟分析  89-105
  5.1 关于DEST-H应用软件  89-90
  5.2 建立能耗计算分析模型  90-93
    5.2.1 建立模型概况  90-93
    5.2.2 在DEST-H中绘制模型  93
  5.3 模型参数设定  93-100
    5.3.1 模型地理信息参数设定  93-95
    5.3.2 模型结构参数设定  95-99
    5.3.3 内扰参数的设定  99-100
  5.4 能耗模拟计算  100-101
  5.5 模拟结果对比与分析  101-104
    5.5.1 在连续供暖工况下系统冷热负荷的统计  101-102
    5.5.2 模型只开一户时的系统冷、热负的荷统计  102-103
    5.5.3 模型只开一个房间时空调系统的冷、热负荷的统计  103-104
  5.6 本章小结  104-105
第六章整体式保温隔热建筑抗震性能有限元分析  105-126
  6.1 建立计算模型  105-106
    6.1.1 模型采用的计算单元  105
    6.1.2 结构计算模型图  105-106
  6.2 结构模态分析  106-115
    6.2.1 结构参数分析  106-108
    6.2.2 结构振型计算分析  108-115
  6.3 谱分析  115-121
    6.3.1 谱分析基本参数确定  115-116
    6.3.2 结构地震反应谱分析  116-121
  6.4 结构在8度多遇地震下的时程分析  121-125
    6.4.1 沿x方向输入地震波时地震作用分析  122-123
    6.4.2 沿y方向输入地震波地震作用分析  123-125
  6.5 本章小结  125-126
第七章玻化微珠整体式保温隔热建筑性能分析  126-142
  7.1 玻化微珠保温混凝土整体式保温经济性评价  126-130
    7.1.1 玻化微珠整体式保温系统技术经济性静态比较  126-128
    7.1.2 整体式保温隔热建筑技术经济性能动态比较  128-130
  7.2 玻化微珠整体式保温隔热建筑耐久性能分析  130-136
    7.2.1 玻化微珠整体式保温系统的吸水性与透气性  130-131
    7.2.2 整体式保温隔热建筑的抗裂性能研究  131-132
    7.2.3 整体式保温隔热建筑结露现象研究  132-136
  7.3 玻化微珠整体式保温隔热建筑舒适性能分析  136-139
  7.4 玻化微珠整体式保温隔热建筑绿色性能分析  139-141
    7.4.1 充分利用工业废料  139-140
    7.4.2 吸收室内装潢有害气体  140-141
  7.5 本章小结  141-142
第八章结论与展望  142-144
  8.1 结论  142-143
  8.2 存在的问题和展望  143-144
参考文献  144-151
附录  151-155
致谢  155-156
个人简历、攻读学位期间发表的学术论文目录与研究成果  156-159
  1 个人简历:  156
  2 在学期间发表的论文  156-157
  3 科研工作  157-159

玻化微珠整体式保温隔热建筑研究

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