EIFS外墙外保温系统在我国夏热冬冷地区应用的研究

摘要

在夏热冬冷地区住宅中营造舒适的热环境、节约制冷、采暖能耗需要探讨合理的围护结构保温形式。EIFS外墙外保温系统结合了聚合物改性砂浆技术的最新进展和合理的隔热保温形式，具有广阔的应用前景。本文从材料科学的角度，结合建筑热工的理论分析，以上海地区为例，对我国夏热冬冷地区应用EIFS的合理性和可行性进行了对比性现场测试和相关的理论研究。本文从论述常见的外墙外保温形式以及EIFS外墙外保温系统的组成和材料性能入手，分析保温材料对室内热环境的影响机理，将国内外对EIFS的研究从材料科学角度和建筑热工角度进行了归纳，提出了EIFS外墙外保温系统在我国夏热冬冷地区应用的研究方法—对比实验和数值模拟，以及研究重点—EIFS的热工性能和节能效果。在试验研究部分，本文分析了太阳辐射、气温、风速对EIFS传热的影响，阐述了现场对比实验的设计和测试原理，并在对比实验设计中对上述影响因素进行了充分表征。对比实验收集了一年中上海地区的气象数据，分析了不同朝向上EIFS墙体和对比墙体在冬夏典型气候条件下一天内的截面温度分布，探讨了上海地区夏季墙体一天内的传热规律。对EIFS墙体在冬季水蒸气冷凝问题进行了验算，区分了上海地区的过渡季节。对比实验证明了在冬夏季节，EIFS房间空气温度比对比房间空气温度稳定得多，各个朝向上EIFS墙体内表面温度与室内空气温度均基本相当。保温板覆盖下的墙体结构层各截面温度基本相当，没有明显的温度梯度。在冬季，EIFS墙体的保温层与结构层之间没有出现结露迹象。在数值模拟部分，本文推导了空调条件下墙体的传热方程和热质耦合有限元方程，利用数值模拟的方法论证了保温板厚度对隔热、保温性能的影响，比较了内、外保温墙体在隔热、保温性能上的区别。数值模拟证明了相同的保温材料和结构层排列顺序不同时，其热工性能将发生改变，对室内环境的影响也将有所不同。在相同条件下外保温墙体的温度场分布比内保温墙体更加均匀，说明前者比后者更能营造舒适的室内环境，而且后者更加容易产生由于温度场不均匀导致的温度裂缝。数值模拟还进一步说明了在保温层厚度超过50mm后，保温材料后度增加将不再会引起墙体热阻的明显增加。最后，本文根据空气调节负荷理论中的反应系数法，利用Visual Basic语言编写了冬夏季节墙体逐时能耗计算程序。程序考虑了不同朝向的墙体冬夏季节的太阳辐射，并与实测的EIFS单位面积平均日能耗进行了对比。结果表明，该程序对多层墙体的节能设计具有一定的指导作用。关键词：EIFS外墙外保温系统　建筑节能　温度分布　聚合物改性砂浆

目录

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第一章概述

§1.1问题的提出

§1.2外墙外保温系统的构造及材料

1.2.1几种常见的外墙外保温系统

1.2.2应用于EIFS的材料及其性能

§1.3 EIFS外墙外保温系统国内外研究现状

1.3.1 EIFS外墙外保温系统的产生和发展

1.3.2国内外对EIFS的研究

1.3.3有待开展的EIFS研究课题

§1.4围护结构材料对室内热环境的影响及能耗分析

1.4.1围护结构材料对室内热环境的影响

1.4.2影响围护结构温度分布的因素

1.4.2围护结构能耗分析

§1.5本文研究的目的及主要工作内容

第二章实验材料及研究方案

§2.1实验设计

2.1.1测试对象

2.1.2实验设备

2.1.3测试内容和测点分布

§2.2测试与数据采集流程

附图

第三章EIFS的隔热保温性能

§3.1实验操作

3.1.1换气量计算

3.1.2实验条件变换

§3.2参数测定

3.2.1大气环境

3.2.2 EIFS与对比墙体的截面温度

3.2.3墙体各位置一年之中各月平均温度

§3.3 EIFS的截面相对湿度

3.3.1墙体截面的湿度验算

3.3.2含湿量对聚笨板传热系数的影响

第四章EIFS瞬时热传导的数值模拟

§4.1概述

4.1.1围护结构瞬态热传导研究的意义

4.1.2围护结构热质传导的基本假设

§4.2围护结构的热传导

§4.3围护结构中的湿迁移

§4.4围护结构一维热质传导耦合方程

4.4.1有传质的一维热传导有限元公式

4.4.2初始条件和边界条件

§4.5 EIFS温度场的数值模拟及分析

4.5.1建立实体模型并划分网格

4.5.2加载求解

4.5.3对内保温墙体的模拟

4.5.4保温材科的厚度的影响

第五章EIFS的能耗分析

§5.1 EIFS的瞬时热负荷

5.1.1计算瞬时热负荷的反应系数法

5.1.2内、外保温系统在相同的自然条件下热反应不同的理论证明

§5.2 EIFS的能耗计算程序

第六章结论与展望

§6.1结论

§6.2展望

参考文献

附录

致谢