轻型木结构建筑墙体的保温及热湿性能研究

发布时间：2020-06-22 09:28

【摘要】：轻型木结构建筑温湿度的有效控制,既是人群居住舒适度的重要考量标准,亦是建筑物理学的客观要求。室内温湿度在房屋施工建造及投入使用时均处于动态变化状态。室内水分太高会导致建筑本身易滋生细菌螨虫,产生霉菌,并且会引发居住者胸闷气短等健康问题;室内水分太低则会造成木材收缩翘曲、开裂,并且会引发居住者皮肤刺激和呼吸问题。为了动态了解轻型木结构建筑墙体的保温效果及热湿耦合性能,笔者对轻型木结构围护墙体在夏热冬冷区的适用性作出分析,预测其未来热湿变化趋势,并在墙体设计初期找到新的突破点。本文以A幢(软木轻型木结构建筑)、B幢(防腐木轻型木结构建筑)两幢轻型木结构建筑,a墙体(软木SPF)、b墙体(软木佳殿保温棉)、c墙体(防腐木SPF)、d墙体(防腐木佳殿保温棉)四种围护墙体为测试及研究对象,以理论计算为研究支撑,对轻型木结构建筑墙体保温及热湿耦合性能做出了如下研究。首先,实验测试了墙体材料的基础材性(密度、厚度)、热物性参数(导热系数、比热容)、湿物性参数(不同相对湿度下的水分储存含量、温度相关的导热系数,含水率相关的导热系数);之后,分两个时期测试A、B幢的a、b、c、d墙体的传热系数。同时,在1月至3月实时监测两幢轻型木结构建筑室内外温湿度及含水率;最后,使用WUFI 6.0模拟四种墙体的热湿性能,预测2018年—2019年,一年中墙体温湿度及含水率变化曲线。在此基础上分析了两幢轻型木结构建筑保温性能、居住舒适度、凝结及霉菌风险,同时印证了软件模拟的准确性与可信度。主要结论如下:(1)建筑被测材料中:软木,佳殿保温棉属于高效保温材料;OSB,SPF均属于保温材料;防腐木挂板,防水卷材均属于绝热材料。等温吸湿能力排序为:佳殿保温棉软木OSB防腐木SPF;吸水能力排序为:OSB软木防腐木SPF佳殿保温棉;(2)2017年12月的传热系数测试值与2018年3月相比,相对误差更小(2017年12月A幢:2.06%,B幢7.08%;2018年3月A幢3.51%,B幢11.40%),表明最冷月测试效果更好。同时,A幢及a、b墙体的传热系数测试值均小于B幢及c、d墙体传热系数,这表明前者的保温性能优于后者;A、B幢建筑及a、b、c、d墙体传热系数测试值远小于夏热冬冷热工分区传热系数(≤1.0W/(m~22K)),甚至达到了严寒区热分区的传热系数要求值(≤0.4W/(m~22K)),因此A、B幢建筑及a、b、c、d墙体均适用于夏热冬冷区;(3)由A、B幢建筑的温度、热流值数据及测试曲线分析热稳定性、热惰性、蓄热系数及延迟时间。其结果表明:A幢建筑抵抗外界波动的能力更强,热稳定性更好,且其蓄热能力也更强。A幢建筑墙体的衰减倍数小于B幢墙体。(4)在温湿度及含水率实时监测中,A幢建筑的温湿度调节性能优于B幢建筑。但从标准差来看,B幢建筑的室内温湿度标准差均小于A幢建筑,这表明B幢木建筑的室内温湿度变化更稳定;B幢建筑的含水率远大于A幢建筑的含水率。A、B幢建筑内SPF处的含水率均随时间的推移,表现出其含水率下降趋势,且c墙体的含水率下降速率快;A幢、B幢建筑内侧OSB处的含水率均随时间的推移表现出下降趋势,其中A幢内侧OSB的含水率大于B幢内充OSB的含水率,这表明A幢建筑室内温湿度波动大,印证了A幢建筑室内温湿度波动大于B幢建筑。(5)A、B幢建筑在空调条件下全年平均温度及冬季相对湿度均在适宜的湿度区间内。夏季的温湿度均高于其它季节湿度,需安装除湿气空调调节室内湿度;四种轻型木结构建筑墙体,全年的室内温度均大于露点温度,不易发生冷凝,墙体设计适用于南京夏热冬冷气候区。四种轻型木结构建筑墙体室内墙面霉菌孢子实际含水量小于临界水分含量,这表明在2018年—2019年中,四种墙体室内墙面霉菌孢子萌发可能性较小,不易产生霉菌。本研究对轻型木结构建筑墙体乃至其它木结构建筑墙体的健康设计与未来室内环境预测提供了新的研究方向,以便准确的识别建筑构件及墙体结构中热湿耦合传递风险,有效避免损害发生,最大化地发挥轻型木结构建筑本身的优势。本研究致力于为居住者创造更舒适与健康的轻型木结构住房环境,并且对提高热力学及热湿及空气耦合传递成果在我国轻型木结构建筑的工程应用提供技术支撑,具有较高的指导意义及工程应用价值。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU111.41
【图文】：

墙体的传热原理

图 1-2 轻型木结构建筑墙体保温及热湿耦合性能研究技术路线Fig.1-2 Technical roadmap for thermal insulation and heat and moisture coupling performance of light woodstructure building walls1.4.3 创新点研究成果预测轻型木结构建筑墙体保温及热湿性能的未来变化趋势

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本文编号：2725534