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泡沫玻璃外墙外保温系统温度场耐候性试验研究

作　者: 于宗民
导　师: 李宏
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 外墙外保温泡沫玻璃饰面砖涂料耐候性仿真模拟
分类号: TU761.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着国家对建筑节能的日益重视,不断有新的墙体保温材料的保温系统投入使用,新型环保型无机墙体保温材料——泡沫玻璃就是其中一种。目前面临的问题是,在没有相应规范制约的情况下,有些保温系统在没有详尽的设计理论和无任何大型耐候性试验研究的检验就匆忙上墙,投入使用短期内—遇较为恶劣的自然气候条件,保温系统开裂、剥落甚至整片从建筑物外墙坠落的现象频繁发生,这些新的保温系统的设计急需相应的科学研究作支撑。我国在外墙保温材料及施工技术方面探索的十几年期间,有相当多的工程存在保温墙面开裂的难题,并且对墙体裂缝产生的原因也存在很多的争论,本文认为对墙体保温系统的温度场、温度应力场研究不够、认识不足是其中主要因素之一,温度应力是影响墙体保温系统耐久性、出现裂缝的主要影响因素之一,而温度场的研究又是温度应力研究的基础。泡沫玻璃是具有防火、防水、耐腐蚀、不燃、防蛀、无毒、不宜老化、无放射性、绝缘、体轻、机械强度好、尺寸稳定性好、与各类胶凝材料粘结性好等功能和特点的一种很好的外墙保温材料。因此本文针对新型无机保温材料外保温系统——泡沫玻璃外墙外保温系统进行大型耐候性试验,分别选用泡沫玻璃外墙外保温饰面砖系统和泡沫玻璃外墙外保温涂料系统,在试验墙体各功能层分界面粘贴温度传感器,测定试验过程中各功能层的温度随时间的变化,为以后分析耐候性试验中墙体的的温度应力及应变提供支持,并且采用COMSOL软件对整个试验过程做仿真数值模拟,验证试验与仿真模拟的一致性。论文从以下几个方面进行分析研究：1.结合COMSOL软件的仿真模拟分析,研究两种不同的泡沫玻璃外墙外保温系统在整个大型外保温耐候性试验中的温度场分布,分析表明饰面砖系统的保护层能更有效的阻挡热量的传递,原因可能是其保护层的厚度更大,饰面砖本身的厚度大以及其极低的导热系数。2.在整个耐候性试验过程中,保温层表面与基层表面温差变化最大,保温层表面与饰面层表面温差变化次之,说明了泡沫玻璃保温层与基墙之间温度变化由于泡沫玻璃的阻隔,波动幅度大幅下降,泡沫玻璃外保温系统的隔热效果明显,能够有效降低室外温度波动对室内的影响。3.在整个耐候性试验过程中,试验墙体离窗口较近的部位热桥现象明显,可以采用双层玻璃,降低其传热系数,从而降低窗墙连接处的热桥效应。整体来看,泡沫玻璃外墙外保温饰面砖系统由于其保护层厚度大,饰面层导热系数低,表面的粗糙度大,保护层中的锚固热镀锌钢丝网能更好的缓解保护层的应力集中现象等原因,其耐候性要明显强于泡沫玻璃外墙外保温涂料系统。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-20
  1.1 前言  10-11
  1.2 建筑外墙外保温发展现状  11-14
    1.2.1 墙体保温技术发展现状  11-12
    1.2.2 建筑外墙外保温系统发展现状  12-14
  1.3 当前国内外外墙外保温系统耐候性方面的研究与现状  14-17
    1.3.1 当前国外墙外保温系统耐候性方面的研究  14
    1.3.2 当前我国外墙外保温系统耐候性方面的研究与缺陷  14-17
  1.4 本文研究的目的,意义和研究工作  17-20
第二章泡沫玻璃外墙外保温系统的构造与施工  20-30
  2.1 泡沫玻璃外墙外保温系统简介  20-23
    2.1.1 泡沫玻璃简介  20-22
    2.1.2 泡沫玻璃外墙外保温系统及特点  22-23
    2.1.3 系统原理  23
  2.2 泡沫玻璃外墙外保温涂料系统施工  23-26
    2.2.1 施工工具  23
    2.2.2 材料  23-24
    2.2.3 施工条件  24
    2.2.4 泡沫玻璃砖的粘贴  24
    2.2.5 贴压网格布  24-25
    2.2.6 外墙防水腻子的施工  25
    2.2.7 外墙防水涂料的施工  25-26
    2.2.8 施工注意事项  26
  2.3 泡沫玻璃外墙外保温饰面砖系统施工  26-27
    2.3.1 施工工具  26
    2.3.2 材料  26
    2.3.3 施工条件  26
    2.3.4 泡沫玻璃砖的粘贴  26-27
    2.3.5 锚固热镀锌电焊网  27
    2.3.6 粘贴饰面砖  27
    2.3.7 施工注意事项  27
  2.4 本章小结  27-30
第三章泡沫玻璃外墙外保温系统的耐候性试验研究  30-74
  3.1 外墙外保温系统耐候性试验介绍  30-33
    3.1.1 试验设备  30-33
  3.2 试验方案  33-40
    3.2.1 泡沫玻璃外墙外保温饰面砖系统  34-35
    3.2.2 泡沫玻璃外墙外保温涂料系统  35-37
    3.2.3 各功能层温度场的监测  37-38
    3.2.4 泡沫玻璃及保护层导热系数的测定  38-39
    3.2.5 大型外墙外保温耐候性试验步骤  39-40
  3.3 外墙外保温系统耐候性试验的温度场分析  40-58
    3.3.1 热雨循环的温度场分析  40-50
    3.3.2 热冷循环的温度场分析  50-58
  3.4 外墙外保温系统耐候性试验过程中墙体情况记录  58-68
    3.4.1 热雨循环  58-65
    3.4.2 热冷循环  65-67
    3.4.3 总结  67-68
  3.5 拉拔实验  68-71
    3.5.1 耐候试验后的拉拔残留强度实验方案  68-69
    3.5.2 拉拔实验结果  69-71
  3.6 本章小结  71-74
第四章夏热冬冷地区外墙外保温系统耐候性数值仿真模拟与分析  74-122
  4.1 COMSOL MULTIPHYSICS4.1程序简介  74
    4.1.1 COMSOL Multiphysics的显著特点  74
  4.2 热传导方程以及COMSOL数值仿真模拟的假定  74-98
    4.2.1 热传导方程简介  75-76
    4.2.2 热传导方程参数的设置  76-78
    4.2.3 环境箱体温度T随时间t变化的函数u(t,x,y,z)的确定  78-85
    4.2.4 对流与对流换热对墙体饰面层温度的影响  85-86
    4.2.5 辐射与辐射换热对墙体饰面层温度的影响  86-87
    4.2.6 热雨循环泡沫玻璃外墙外保温系统饰面层温度T_i随时间t变化的函数U_i(t,x,y,z)的确定  87-90
    4.2.7 热冷循环泡沫玻璃外墙外保温系统饰面层温度T_i、随时间t变化的函数U_i(t,x,y,z)的确定  90-92
    4.2.8 墙体传热系数K的计算  92-97
    4.2.9 热惰性指标D的计算  97-98
  4.3 大型耐候性试验的数值仿真模拟  98-120
    4.3.1 几何建模,初始值与边界条件的设定  98-99
    4.3.2 热雨循环数值仿真模拟结果分析  99-111
    4.3.3 热冷循环数值仿真模拟结果分析  111-120
  4.4 本章小结  120-122
第五章结论与展望  122-124
  5.1 结论  122-123
  5.2 展望  123-124
参考文献  124-128
致谢  128-130
攻读硕士学位期间发表的学术论文  130

泡沫玻璃外墙外保温系统温度场耐候性试验研究

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