文摘

它可以提供理论支持低能墙的优化设计测量的实际热条件在墙内被动低能耗建筑和研究墙结构设计的合理性。山东建筑大学的教学和实验室建设为例,探讨了利用温度和湿度传感器测量法墙内的空气温度和湿度代表固体墙的温度和湿度。根据实测数据和计算结果,测试外墙的结构的合理性进行了分析从四个方面:绝缘的性能,墙,水分流失的表现的能力,防止渗透的内壁的炎热和潮湿的空气,和外墙的防水性能。结果表明,外墙结构的聚苯乙烯板(200毫米厚)外绝缘和薄贴具有良好保温的实际操作效果三个方面,内部水分排出,外墙防水,基本上满足外墙的设计要求在德国被动的房子。防潮的内壁,水泥砂浆的内壁(15毫米厚)可能无法有效防止室内空气湿热的渗透。因此,应该添加到外墙保温层。此外,墙内的水分显然是受到季节的影响。墙内的排水性能的水分主要发生在炎炎夏日,和漏极方向从室内到室外。外绝缘结构,有两层石墨聚苯乙烯板(100毫米厚),和聚苯乙烯板附近的室外侧的绝缘效果优于在室内。anticrack砂浆的结合(5毫米厚)和油漆不能完全防止雨水的渗透,但雨水的渗透在墙上会在短时间内迅速排放。

1。介绍

与德国被动式低能耗建筑在中国的普及,高隔热性能的节能技术,无热桥和高气密性的外墙已经应用于国内示范建筑。外墙建筑需要满足两个设计目标,以确保外墙的节能效果与ultra-low-energy消费。第一,不需要热桥,平均传热系数是小于或等于0.15 W / (m²•K)有效地阻止外墙的传热路径。这个目标一直是国内研究的重点节能建筑的信封。第二,必须合理设计的水密性和透气性墙的内部和外部,确保墙的内部不受水分的影响(1,2]。这一目标却没有得到足够关注学术研究和工程实践。,今天的建筑往往是低能源和环保,所以越来越多的建筑将考虑建筑物是否符合低能耗的要求。

这项研究提供了一个参考方案建设的外墙也没有携带和墙的质量提供了保证。

低能的结构的研究国内外绝缘墙可以概括如下:(1)研究机构使用能耗计算软件和热桥仿真软件研究低能耗围护结构的结构设计和发布权威的建设标准和阿特拉斯。例如,φ(被动的房子研究所)在德国已经公布被动节能转换标准和被动的房子研究所节能建筑标准(3]。科学中心、技术和产业化发展的中国住房和城乡建设部发布了中国标准图集,即被动低能Buildings-Residential建筑在寒冷的地区(4]。(2)研究人员使用实验室测试研究了保温和防水蒸汽保温建筑材料的性能。欧洲和美国的大学和研究机构开展了大量的热、湿的材料物理性质测试。德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所建立了建筑材料的物理性质参数的数据库基于长期的积累测试数据(5]。太阳等人研究了热、湿和测试物理性质参数的外墙外保温系统的核心组件,如混凝土、岩棉,EPS、胶粘剂、石膏6]。于开展深入的理论和实验研究墙建筑材料的热性能基于温度和湿度(7]。(3)研究人员利用数值模拟研究的影响墙施工实践或新建筑材料墙潮湿和热性能。贾模拟和分析聚苯乙烯板以及它们之间差距的影响复合绝缘壁墙上的潮湿和热状态(8]。张等人模拟交错木材的水分和热性质和分析其水分风险在韩国的20个城市9]。公园等人的湿度和热性能模拟使用功能石膏板墙(多孔材料和PCM加入董事会)(10]。真的和Schellen做出模拟和分析影响模具的设计因素和内冷凝墙预制建筑的节能改造与内部保温(11]。(4)墙内的温度和湿度变化测量研究的热性能定量组件或墙的结构层次。雪来衡量和比较的相对湿度变化EPS外保温墙混凝土底座在哈尔滨在不同的时间完成后,建议室内和室外环境的主要因素影响混凝土层的湿度状态(12]。夏等人测量相对湿度的变化在基础墙和保温层完成后两种绝缘墙在哈尔滨和指出,湿度的增加不会影响聚苯乙烯挤塑板的绝缘性能(13,14]。麦克朗等人测量了16种墙内湿度和模具由cross-laminate和分析cross-laminate的干燥过程15]。综上所述,研究水分和热量的建筑墙的重要难点保温墙结构的研究。国内建设领域没有足够关注建筑材料的水蒸气渗透系数和缺乏长期潮湿和热参数的测量和跟踪的墙高隔热、低能源消耗。因此,它是不可能确定完成外墙与低能耗可以有效地达到水蒸气渗透和隔离墙的需求。

因此,山东Jianhua大学的被动式低能耗建筑示范工程为例,研究温度和湿度传感器嵌入在墙上用来测量温度和湿度数据在不同位置的外墙很长一段时间,为了分析墙内的温度和湿度的变化规律,研究墙壁结构的合理性,可为相关研究提供数据支持。此外,这项研究提供了一个参考方案建筑外墙的施工和检验。

2。实验测试的热性能

2.1。测试墙

被动式低能耗建筑的设计和施工过程在中国,应遵循的设计原则如下:室内装饰层的水蒸气贯入阻力很大,这会阻止室内炎热和潮湿的空气渗透在墙上在冬季,而高水密性和低阻力的水蒸气渗透表面镶面层防止室外雨水进入到墙上,让水分逃脱墙上。防水和透气设计的设计原则低能外墙装饰是反映外墙的性能通过外墙的防水和透气条件。水密性的设计原则和透气性的低能外墙完成如图1。

山东建筑大学的教学和实验室建设,位于济南市,2017年3月完工。这是一个中德合作示范项目的被动式低能耗建筑住房和城乡建设部和低能耗建筑的第一批示范项目在山东。主楼共有6层,总建筑高度23.96米,总建筑面积9696.3²。项目的外墙设计根据原理图所示1,传热系数为0.14 W / (m²•K)。传热系数K墙的墙的特点(包括所有结构水平)在稳定传热条件下,当空气两边的墙。当温差1 K (1°C),热转移通过墙的单位平方米面积单位时间。在图所示的结构层2,有关物理性质外墙的建筑材料测试和表所示1。

2.2。测量的位置点

温度和湿度传感器位于三种类型的位置在这个实验中根据测试墙的结构层次结构和建筑材料的物理性质。第一种是墙上的位置接触室内和室外环境,如点1和5所示图2。第二种类型是两个相邻的主要结构层之间的位置,如点3和4图所示2。第三类是内部的水蒸气渗透系数高的建筑材料,如2图所示2。

在这项研究中,温度和湿度传感器放置在测试墙建筑的东,南,西,北方向,分别根据测量位置如图2,共4套温度和湿度测量设备准备为了收集相关数据。

2.3。实验设备

实验设备采用温度和湿度综合传感器(Visara HMP100)和塑料保护管(19266 hm)。HMP100和塑料保护管的形状和大小如图所示3。指的是“Visala湿度检测组件结构”,封闭空间内的空气温度和湿度测量建筑组件来表示一个测试位置的温度和湿度数据在墙上。HMP100有两个传感器元素:温度传感器(装PT100)和薄膜电容式湿度传感器元素,覆盖着一个塑料过滤器(包括过滤器塑料网格和过滤膜孔隙度为0.2 m,如图3(一个))保护传感器组件和过滤灰尘。塑料过滤器主要是过滤杂质生成期间测量。上述组件构成一个有效的测试腔,确保传感器的正常运行。温度传感器的测量范围是−40到80°C,以及温度和准确性之间的关系如下:精度±0.2°C(温度范围的0-40°C)和准确度±0.4°C(温度范围的−40 0°C)。相对湿度传感器的测量范围是0 - 100%,和温度之间的关系,相对湿度和精度如下:精度±1.5%(温度范围的0-40°C,湿度的范围0 - 90%)和准确度±3.0%(温度范围的−40 0°C,湿度的范围0 - 90%)。为了测量固体材料的内部温度和湿度,Visala发达的塑料管19266 hm HMP100传感器保护和密封塑料内的空气过滤器,确保传感器可以测量温度和湿度的墙内的测试位置(图3 (c))。

2.4。实验设备的安装方法

实验设备组装后很大的大小(直径是17毫米,长度是120毫米)。在这项研究中,墙结构层的厚度和施工技术相结合在施工过程中,使用两种安装方法:(1)应用于外墙基础(2);(2)应用于表面砂浆层(点1,3,4,5)。(1)蒸压加气混凝土板内的传感器安装方法(点2,图4)①蒸压加气混凝土板安装后,一个洞钻在石板从内部到外部墙面垂直,与17毫米的直径和深度120米②使用高压除尘风机干净里面的洞③使用橡胶锤敲打塑料管道进洞里④HMP100传感器插入塑料管,然后密封层的建筑室内一侧的水泥砂浆(2)外墙砂浆层内的传感器安装方法(点4,图5)①施工后的第一个石墨聚苯乙烯板左边的4点完成后,从外到内钻一个洞垂直于墙的17毫米,直径和深度穿过第一个石墨聚苯乙烯板和蒸压加气混凝土地带。②栓塞长橡胶塑料管子,把塑料管道用橡胶锤进洞里。塑料盒的底部位于室内的粘结砂浆层的厚度范围。③第二层石墨聚苯乙烯板由完整的附着力。漫长的橡皮塞可以防止砂浆进入塑料管。砂浆凝固后,我们可以拉出长长的橡皮塞的塑料管和清洁里面的塑料管道高压尘埃枪。④HMP100传感器插入塑料管,和封孔材料。

传感器的安装方法位于点的位置1,3,4和5是一样的点。

2.5。实验过程

20温度和湿度传感器嵌入的外墙东,南,西,北方向和上面的安装方法,和温度和湿度传感器安装在室内和外部的墙,分别。温度t和相对湿度φ墙的室内和室外空气和湿空气的内腔壁测量。测量数据记录每30分钟,然后被传输到存储的数据平台通过网络电缆。2018年2月以来整个测试系统已经运行。嵌入式传感器在东部、南部和北部外墙可以正常工作,而嵌入式传感器在西方外墙未能正常工作。

3所示。数据处理

3.1。实验数据的计算

湿空气的状态参数包括总压强B,比焓H,含水率d、温度t、相对湿度φ和水蒸气分压 。湿空气的状态可以由三个独立参数包括总压强B、温度t,相对湿度φ。温度t湿空气腔测量的传感器可以被认为是固体温度的墙在腔的位置。多孔材料测试的墙,墙的空腔与大气中通过毛孔建筑的内部和外部的表面材料。因此,它大约是认为总大气压力B腔中不变,可以视为一个常数101.325 kPa。

系统可以自动记录温度和相对湿度在某个时间的空气腔j在试验位置 。根据湿空气的主要参数之间的函数关系,水分含量在某个时间的空气腔j在试验位置可以计算。具体计算公式如下: 在哪里的含水率测试位置我在特定的时间 ,和它的单位是克/公斤;水蒸气的分压在试验位置我在特定的时间j,它的单位是Pa;饱和水蒸气压力的温度吗在试验位置我在特定的时间j,它的单位是Pa;和的相对湿度测试位置我在特定的时间j。

应该注意的是,和相对湿度和水分的空气腔在试验位置吗我,而不是实体墙的湿度状态测试位置我。因此,相对湿度和空气的含水量腔通过测试系统用来表示湿度状态实体墙的空腔的位置。

3.2。实验数据的分析方法

根据实测数据和计算结果,测试外墙的结构的合理性进行了分析从四个方面:绝缘的性能,墙,水分流失的表现的能力,防止渗透的内壁的炎热和潮湿的空气,和外墙的防水性能。从这四个方面分析的原因主要是因为这些四个方面涵盖所有方面的外墙:(1)绝缘的性能:为了避免阳光直射的干扰,本实验选择的测量温度数据北墙最冷和最热的天在测试期间分析墙的保温性能。(2)墙的水分流失性能:户外墙排水水分在夏天和冬天室内吸收水分。在夏天,阳光,驱逐了内部水分蒸发。朝南墙内的年度测量湿度数据选择分析水分流失墙的性能。(3)的能力,防止渗透的湿热空气内壁:冬天,室内空气湿热会渗透到墙上。墙的湿度测量数据在加热的东部,南、北墙选择分析的防潮性能内壁表面。(4)外墙的防水性能:济南城市的风向变化无常,东部和东南部风是雨季的多数。因此,东墙的防水性能和外墙是最不利的。东墙的湿度测量数据之前和之后选择了降水分析外墙的防水性能。

本研究选择全年测量数据从3月26日,2018年3月26日,2019年,进行分析。之间有一天的工作条件两个降水期从4月7日,2019年4月13日,2019年,可以清楚地反映出外墙表面的防水性能。因此,测量数据在2019年4月被选为分析外墙表面的防水性能。

3.2.1之上。墙的绝缘性能

的保温性能的结构层外墙之间的温差可以近似表示为测试位置两边的结构层。温差越小,保温性能越好。测试位置之间的温差我和我+ 1在特定的时间j通过计算 在哪里温度差异的绝对值测试职位我和测试位置我+ 1在特定的时间j,单位是°C;和温度测试位置的值吗我和测试位置我+ 1在特定的时间j,单位是°C;我墙内的测试位置,值1,3,4,5;j一天的小时,值为0,1,2,…,23岁。测试墙由厚加气混凝土板厚度为200毫米,厚内石墨聚苯乙烯板与100毫米的厚度,和外石墨聚苯乙烯板厚100毫米的厚度。在图2测试位置1,3,4,5,分别分布在双方的结构层。加气混凝土板厚的保温性能(200毫米)厚内石墨聚苯乙烯板(100毫米)厚外石墨聚苯乙烯板(100毫米)的特征 ,和 ,分别。

墙的保温的分析步骤如下:(1)以测试点的位置为横坐标和墙的内部温度为纵坐标,画出温度的测试点位置1,3,4,5j在测试期间最冷的一天。然后,连接温度点折线。以同样的方式,画出温度折线24小时的一天。(2)分析上面的温度24行并选择一些时候的虚线内的温差(点1)和外部(点5)墙大,一维稳态传热的方法。计算 ,和那些破碎的线条和计算值(平均 ,和 )作为评估的基础在冬天墙的保温性能。(3)加气混凝土的实际绝缘效果,内在的石墨聚苯乙烯板,外石墨聚苯乙烯板是评估通过比较平均值之间的关系( ,和 )和传热系数( , ,和 )相应的结构层。(4)平均值( ,和 )最热的天在测试期间计算评估实际的保温性能的主要结构层在夏天用同样的方法。

3.2.2。墙的水分流失的性能

计算水蒸气渗透阻力测试的室内和室外侧位置基于建筑结构层的厚度、温度和湿度传感器的位置,和水蒸气渗透系数的建筑材料。计算结果如表所示2。

外墙施工过程中,残余水分释放到室内和室外,和很难排出水分测试位置2,3,4。因此,每日平均含水率测试位置2、3和4计算,分别在本研究评估墙内的剩余水分流失性能测试。平均含水量的计算公式如下: 在哪里每日平均水分含量在试验位置吗我,单位是克/公斤水分在特定的时间吗j在适当的位置我,单位是克/公斤。

3.2.3。外墙的防水性能

因此,研究《每日降水降水过程和前后平均每日水分含量( )在试验位置5、4、3分析期间降水的含水率的影响室外侧墙和评估外墙的防水性能。

3.2.4。的能力,防止湿热空气的渗透的内壁

建筑的室内温度和湿度在冬季高于室外环境,和水蒸气流向室外通过信封的结构,这可能导致内水分积累墙的问题。为了确保耐用性和保温材料、GB 50176 - 2016“民用建筑热设计代码”规定,绝缘材料的质量的增加湿度( )不得超过一定极限后加热。因此,绝缘材料中的水分可以逐渐分发供暖期结束后,而不是在逐年积累。的极限如表所示3。

含水量的增加加热前后时期可以用加气混凝土的质量增加湿度板条和石墨聚苯乙烯板条内加热后的墙。计算公式如下所示: 在哪里材料的质量增加湿度测试职位我经过加热段;每天的平均含水率的测试职位我在加热阶段的开始和结束,分别,单位是克/公斤。在济南实际供暖期开始每年11月15日和3月15日结束。因此,的平均含水率测试职位我今年11月15日和3月15日的第二年。

充分必要条件来判断,墙的内表面具有良好的性能在预防湿热空气的渗透 。根据判断,防止渗透的能力测试的炎热和潮湿的空气可以评估内壁。

4所示。结果

4.1。墙的绝缘性能

一年中最冷和最热的天的测试期间是1月13日和7月11日,2018年。温度曲线面北外墙的小时数据所示6和7,分别。从图可以看出6温度在不同时间呈现逐渐下降趋势从室内到室外测试(测试点1点5)今年最冷的一天在测试期间。在最冷的天,内壁的温度波动范围在13.3∼15.0°C,和波动幅度明显小于的外墙(−2.8∼9.3°C),这表明墙具有良好的隔热性能最冷的一天,可以保持室内温度相对稳定而不受室外冷空气的影响。同时,从图可以看出7从室内到室外温度在不同时间测试(测试点1点5)大多表现出逐渐上升的趋势在今年最热的一天在测试期间。在最热的天,内壁的温度波动范围在26.7∼28.1°C,和波动幅度明显小于的外墙(25.5∼39.5°C),这表明内壁具有良好的隔热性能,可以保持室内温度相对稳定而不影响室外热空气。

图中的红色圆圈圆圈位置的点6显示温度的值从0到8点的时钟1月13日,图中的红色圆圈圆圈位置点7显示温度的值从13到16点钟7月11日。在这两个时期,墙内的传热接近一维稳定传热,和平均温差的主要结构层表所示4。双方之间的温差加气混凝土地带(200毫米)明显高于内部石墨聚苯乙烯板(100毫米)和外石墨聚苯乙烯板(100毫米),和每个单元的隔热性能的热阻是0.61°C, 0.15°C,分别和0.06°C。绝缘性能是0.32°C, 0.14°C,和0.07°C,分别表明100毫米石墨聚苯乙烯板的保温性能在夏季和冬季比200毫米加气混凝土条板厚度的两倍。与此同时,由于实际的传热过程的复杂性,绝缘性能的石墨聚苯乙烯板厚度相同的应用于内部和外部的外墙在某种程度上也是不同的。从表可以看出4绝缘性能的石墨聚苯乙烯板厚度相同的在外面的外墙是约2倍,外墙的内侧。

4.2。墙的水分流失的性能

平均每日水分含量在一年(从2018年3月26日到2019年3月26日)的测试点2、3和4在东墙计算是基于(3)。结果如图所示8。蒸汽加压混凝土板的含水率在东墙(测试点2)是全年最大的;内部的水分含量石墨聚苯乙烯板(测试点3)接下来,和外石墨聚苯乙烯板是最小的。此外,测试点2的水蒸气渗透阻力在户外方面高于测试点3和4(见表2)。可以看出,墙内的水分主要是排放到外墙上。

东墙内的水分减少在夏季和秋季,尤其是与高温从8月到10月。相反,含水率上升在春天和冬天。含水率的测试点2、3和4在墙上减少小一年后,减少18.4%,15.6%,和18.4%,分别。在图8,点A和B的含水率在测试期间急剧上升。调查后发现,点A和B都是大雨,和墙内的水分含量变化是由于雨水渗透。

4.3。外墙的防水性能

有明显的降水在4月9日和4月11日,2019年。水分含量和沉淀测试点3,4,5在东墙从4月7日,2019年4月13日被选中进行外墙防水的分析。测量数据在图所示9。从图可以看出9降水在4月9日和11日造成外墙的含水率(测试点5)显著增加4月10日和12日,雨水渗透到外墙被迅速排出。外墙的含水率(测试点5)开始减少4月11和13。石墨聚苯乙烯板的含水率(测试位置4,3)波动一样,外表面的外墙,但波动幅度减少。测量数据显示,外墙的外表面不能完全防止雨水的渗透,但雨水对含水率的影响时间在外墙是短暂的,因为雨水渗透进墙很快将被释放。

4.4。的能力,防止湿热空气的渗透的内壁

济南的冬天供暖期从11月15日到明年的3月15日。因此,建筑材料的质量增量湿度测试点2和4的东,南,北外墙和2018年供暖季节后计算,分别基于(4)。计算结果如表所示5。质量的增加湿度的加气混凝土板在东部和南部的墙上是6.43%和14.9%,分别在2018年供暖季节后,超过了允许大规模加气混凝土板湿度增加了4%。质量的增加湿度的石墨聚苯乙烯板南墙上是17.73%,超过了允许的增量的大规模石墨聚苯乙烯板湿度15%。冬天室内空气湿热的渗透并不是唯一的原因增加墙内的水分含量。通过数据分析一个供暖季节,它只能确定室内空气湿热的渗透不能有效地防止内壁表面与水泥砂浆密封层(15毫米)在这个项目。确切的结论需要数据的综合比较分析的多个加热时间。

5。结论

本文的热性能外墙山东建筑大学教学和实验室建设的测量和结构合理性进行了研究。主要结论如下:(1)连续温度和湿度传感器是用来测量空气的温度和湿度的腔内墙上,可以用来表示实体墙的温度和湿度在腔的位置。为了确保腔数据能够准确反映墙的温度和湿度,传感器的安装设计和施工过程必须满足的要求空气密封的腔壁和准确的传感器的安装位置。(2)外墙结构的聚苯乙烯板(200毫米厚)外绝缘和薄贴具有良好保温的实际操作效果三个方面,内部水分排出,外墙防水,基本上满足外墙的设计要求在德国被动的房子。防潮的内壁,水泥砂浆的内壁(15毫米厚)可能无法有效防止室内空气湿热的渗透。因此,应该添加到外墙保温层。(3)墙内的水分显然是受到季节的影响。含水量增加在春季和冬季和夏季和秋季的减少。墙内的排水性能的水分主要发生在炎炎夏日,和漏极方向从室内到室外。外绝缘结构,有两层石墨聚苯乙烯板(100毫米厚),和聚苯乙烯板附近的室外侧的绝缘效果优于在室内。anticrack砂浆的结合(5毫米厚)和油漆不能完全防止雨水的渗透,但雨水的渗透在墙上会在短时间内迅速排放。

这项研究只测量了外壁的温度和湿度,但外墙的性能远远超过这两个参数,所以下一个研究的方向可以做其他参数。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。