气凝胶建筑墙体保温材料的厚度优化及经济性研究

发布时间：2020-11-01 00:20

　　 墙体保温材料能有效减少墙体能耗损失,是发展绿色建筑和近零能耗建筑的重要保障。目前建筑墙体保温材料存在导热系数高、节能效率低、经济性差等问题,随着保温材料市场的发展需要,高性能墙体保温材料的推广应用需综合考虑其热工性能、经济性、适用性及环境效益等。针对夏热冬冷地区建筑围护结构的夏季隔热、冬季保温的热工要求,以某三层办公大楼作为典型建筑模型,研究了该地区典型墙体结构,实验测得五种保温材料的热工性能参数。依据度日数法(DD)和全生命周期成本法(LCC)建立了优化建筑墙体保温材料厚度及投资成本的计算模型,计算了新型气凝胶保温材料应用于夏热冬冷地区典型基层墙体结构的经济厚度、投资费用、回收期、经济效益等经济性参数,并与四种常用墙体保温材料XPS、EPS、聚氨酯泡沫及玻璃纤维对比。计算结果表明XPS、EPS、聚氨酯泡沫、玻璃纤维及新型气凝胶保温材料应用在加气混凝土墙体的经济厚度分别为49.0、73.0、43.0、47.6及4.9 mm,新型气凝胶保温材料具有最小的经济厚度,且应用在加气混凝土基层墙体的适用性和经济性最佳。随着气凝胶保温材料价格的降低,经济收益随之增大,投资总费用、投资回收期以及温室气体排放量随之减小,新型气凝胶保温材料在价格持续降低后具有显著的经济和环境效益。基于建筑保温材料全生命周期能耗及投资费用的数学模型,计算了保温材料在生产、投入使用、运输及废弃处理等全生命周期阶段内的能耗、经济厚度、投资费用、回收期及经济效益等经济性参数。计算结果表明保温材料在投入使用过程中的能耗最大,生产阶段的能耗次之,运输及废弃处置阶段能耗最小;且全生命周期内XPS、EPS、聚氨酯泡沫、玻璃纤维及新型气凝胶保温材料应用在加气混凝土墙体的经济厚度分别为36.6、72.4、37.6、27.1及2.1 mm,保温材料的经济厚度较常用分析方法减小,且新型气凝胶保温材料仍对应最低的经济厚度;最后,采用模拟软件DeST-c研究了建筑墙体的节能效果,将经济厚度6 mm气凝胶保温材料及41 mm XPS保温材料应用于建筑墙体外保温,结果表明XPS保温材料经济厚度的应用可获得夏、冬季节能率分别为11.6%、26.8%,新型气凝胶保温材料的应用可获得的夏、冬季节能率为分别为7.5%、18.2%,从而表明气凝胶保温材料经济厚度的应用能有效降低建筑能耗,实现建筑节能。基于上述结论,新型气凝胶保温材料应用于夏热冬冷地区的墙体外保温具有良好的节能优势,且经济、环境效益显著,促进其在建筑墙体隔热保温领域应用具有重要意义。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU551
【部分图文】：

实现建筑的整体节能。图1-1 建筑围护结构的能耗损失组成部分[6]Fig. 1-1 Energy loss of the components of the building envelope[6]在建筑物的能耗损失中，窗户、墙体、屋顶等围护结构是能耗损失的重要组成部分，因此提高建筑围护结构的热工性能是实现建筑围护结构节能的重要途径。图1-1为建筑围护结构各部分能耗在整栋建筑所占的比重，据统计，在建筑物的能耗损失中，外墙传热产生的能耗损失约占总建筑能耗损失的30%[7, 8]，因此墙体的热工性能的好坏直接影

结构中的适用及经济性，如保温材料的防火性能、耐久性能、吸湿性能、老化性能、力学性能、施工简易程度、生产及使用过程中对环境污染程度以及工程造价等多方面因素。图1-2 常用外墙保温材料的外观形貌图（a）XPS；（b）EPS；（c）聚氨酯泡沫；（d）玻璃纤维Fig. 1-2 Shape appearance of several conventional external wall insulation materials. (a) XPS; (b) EPS; (c)polyurethane foam; (d) glass fiber目前，建筑工程领域隔热保温材料种类多样化，主要有保温砂浆、岩棉、膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、硅酸铝制品、金属箔、XPS、玻璃纤维棉及岩棉等绝热材料，而绝热材料自身的导热系数主要决定了材料的隔热保温效果。由于隔热保温材料在建筑围护结构上的应用能有效减少建筑室内外的热量传递，从而使得在夏季自然通风情况下，墙体围护结构内表面能保持较低的温度的能力，而且受室外温度和空气温度波动的影响较小，从而改善墙体的隔热性能；而在冬季室外温度较低的情况下，添加保温材料的围护结构由于传热热阻显著增大，有效阻止热量由室内传向室外，使室内保持一定的温度，改善

存在墙体透湿和返水现象等等缺点在一定程度上限制了其在相关工程领域中的应用。图1-3 常用外墙保温材料存在的问题Fig. 1-3 The existence problems of conventional external wall insulation materials1.2.2 EPS（发泡聚苯乙烯板）EPS保温板是由可发性聚苯乙烯树脂中加入一定量的挥发性液态发泡剂，然后在制作好的模具中加热进行软化，从而产生气体，形成一种硬质闭孔结构的白色物体，由此材料内含有大量的独立密闭气泡，孔隙率高达98%以上。不同密度的发泡聚苯乙烯板，导热系数和强度相差很大，其密度值一般介于10~45kg/m3，而工程领域使用的表观密度范围值一般在18~22kg/m3，压缩强度大于100KPa
【参考文献】

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本文编号：2864731