毕业设计太阳房围护结构保温层的优化设计

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1、 编号: 毕业论文(设计)题 目 太阳房围护结构保温层的优化设计指导教师 学生姓名 学 号 200801703065 专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 （盖章） 二O一二XX月XX日 毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 年 月 日毕业论文（设计）题目：太阳房围护结构保温层的优化设计学生姓名曹宁学 号200801703065指导教师金秀慧职 称教授计划完成时间：2012年5月7号毕业论文（设计）的进度计划：完成情况：指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日备 注：目录摘要及关键词11引言11.1太阳房保温层的

2、作用1.2选题的目的和意义1.3国内外的研究现状和发展趋势2太阳房的原理和类型简要分析2.1主动式太阳房2.2被动式太阳房2.3热泵太阳能采暖系统3太阳房外墙保温形式及其特点3.1外墙内保温技术3.2外墙夹心保温技术3.3外挂式外保温技术4保温材料的类型及其特点5太阳房墙体围护结构最佳厚度确定方法5.1保温层厚度与年总费用的关系分析5.2年采暖成本的确定5.3年保温成本的确定5.4最佳厚度的确定参考文献辞谢太阳房围护结构保温层的优化设计曹宁摘要：本设计是对太阳房的保温层进行研究，选择最佳保温材料设计出经济合理的保温层厚度。该保温层具有节能降耗，维持室内温度的作用，具有极大的经济效益和社会效益，

3、是我国未来建筑住房的必用建筑材料之一。该保温层厚度是基于经济计算为基础，务求达到采暖成本与保温成本之和最低，在保证室内适当温度的前提下，使房间既经济又舒适。关键词：保温层；厚度；经济1引言1.1太阳房保温层的作用 我国寒冷地区的既有住宅建筑多属砖混结构,建筑围护结构热工性能差、墙体不保温,造成了全年采暖空调能耗居高不下。改进建筑围护结构热工性能是节能改造的关键,而外墙节能在建筑节能中占有非常重要的位置。1.2选题的目的和意义不同厚度保温层的负荷指标,对建筑负荷产生不同的影响,确定了最佳的经济保温层厚度。保温层“经济厚度”的计算方法, 不但考虑了传热基本原理, 而且考虑了保温材料的投资费用、能源

4、价格、贷款利率、导热系数等经济因素对保温层厚度的影响。据生命周期分析法的原理，利用单位面积围护结构（仅考虑屋顶）的采暖总耗费的数学模型，得出了一个简单的保温层经济厚度的计算式。最后通过几组数据进行验证，并推广为其他常见保温材料的最佳保温层厚度，进一步验证所得结论的正确与合理性。1.3国内外的研究现状和发展趋势目前，我国对房屋建筑的保温隔热性能提出了更高的要求，而目前很多城市居民楼尚且都还是简单的平顶屋。外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程，也

5、适用于旧楼改造，适用于范围广，技术含量高；外保温包在主体结构的外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命；有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间；同时消除了冷凝，提高了居住的舒适度。根据一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文的指导下，我国住宅建设的节能工作不断深入，节能标准不断提高，引进开发了许多新型的节能技术和材料，在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平，还远低于发达国家，我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍5倍。北方寒冷地区的建筑采暖能耗已占当地全社会能耗的20%以上，且绝大部分都是采用火力发电和燃煤锅炉，同时给环境带来严重的污染。所以建筑节能还是本世纪我国建

6、筑业的一个重要的课题。而同时墙体和屋顶作为建筑物的重要围护物件, 而其保温层厚度又是决定于建筑保温水平的重要参数，于是针对增强保温性能和节省热能损失和能源浪费，设计最佳保温层厚度有着重要的意义。2太阳房的原理和类型简要分析2.1主动式太阳房主动式太阳房（或称太阳能采暖系统）与常规能源的采暖区别，在于它是以太阳集热器作为热源替代以煤、石油、天然气、电等常规能源作为燃料的锅炉。主动式太阳房主要设备包括：太阳集热器、储热水箱、辅助热源以及管道、阀门、风机、水泵、控制系统等部件。如图2-1所示，太阳集热器获取太阳的能量，通过配热系统传送至室内进行采暖。过剩热量储存在水箱内。当收集的热量小于采暖负荷时，

7、有储存的热量来补充，热量不足时有备用的辅助热源提供。图2-1 主动式太阳房示意图1-室内 2-辅助热源 3-储热器 4-集热器（1） 主动式太阳房的特点 主动式太阳房的特点与常规采暖不同之处，只是用太阳集热器代替采暖系统中的锅炉。但是，地面上每平方米能够接受到的太阳能量有限，故集热器的面积就要足够大。一般要求太阳能利用率在60%以上，集热采光面积占采暖建筑面积的10%到30%。 照射到地面的太阳辐射能收气象条件和时间的支配，不仅有季节之差，即便一天之内，太阳辐照度也是不同的，而且在阴雨天和夜晚几乎没有或根本没有日照。因此，太阳能不能成为连续、稳定的独立能源，要满足连续采暖的要求，系统中必须有储

8、存能量的设备和辅助热源装置。储热设备通常按可维持2到3天的能量来计算。储热设备一中是储热水箱，另一种是用卵石槽。 太阳房所采用的集热器要求构造简单、性能可靠、价格便宜。由于集热器的集热效率随集热温度升高而降低，因此近可能降低集热温度，如采用太阳能天棚或地板辐射采暖的集热温度在30到40摄氏度之间就可以了，而采用散热器采暖集热温度必须达到60摄氏度以上。2.2被动式太阳房 被动式太阳房（或称被动式采暖系统）的特点是不需要专门的集热器、热交换器、水泵（或风机）等主动式太阳能采暖系统中所必需的部件，只是依靠建筑方位的合理布置，通过窗、墙、屋顶等建筑物本身构造和材料的热工性能，以自然交换的方式（辐射、

9、对流、传导）使建筑物在冬季尽可能多吸收和储存热量，以达到采暖的目的。简言之，被动式太阳房就是根据当地的气候条件，在基本上不添加附加设备条件下只在建筑构造和材料性能上下工夫，使房屋达到一定采暖效果的方法。因此这种太阳能采暖系统构造简单、价格便宜。从太阳热利用的角度，被动式太阳房可分为五种类型： 直接受益式-利用南窗直接照射的太阳能。 集热蓄热墙式-利用南墙进行集热储热。 综合式-温室和前两种相结合的方式。 屋顶集热蓄热式-利用屋顶进行集热蓄热。 自然循环式-利用热虹吸作用进行加热循环。2.3热泵太阳能采暖系统 热泵是一种反向使用的制冷机。它的热能大部分来自周围环境，只有一部分有点能转变而成。以花

10、费少量电能作为代价，将低温环境的热能转移到温度较高的环境中。就像水泵以机械功为代价将低出的水送到高处一样，因此称为热泵。热泵的制造和制冷机完全一样。同一台机器，如果目的是制冷，那么就叫做制冷机；如果目的是用来供热，就叫做热泵。制冷介质通过压缩机而升压和升温。进入冷凝器将热量放出，高压气体凝结成高压液体。然后通过节流阀，成为低压液体进入蒸发器，液体吸收热量迅速蒸发成为低压气体，再进入压缩机形成周而复始的循环。 太阳能热泵采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热（10到20），然后通过热泵，将热量传递到温度为30-50的采暖热媒中去。冬季太阳辐照量较小，环境温度很低，集热器中流体温度一般为10-20

11、，直接用于采暖是不可能的。使用热泵则可以直接收集太阳能进行采暖。将太阳集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器。这样，就可以得到较高温度的采暖热媒。这种采暖系统叫做直接式太阳能热泵，如图2.3图2.33太阳房外墙保温形式及其特点3.1外墙内保温技术墙内保温是将保温材料置于外墙体的内侧。优点：1）对饰面和保温材料的防水、耐候性等技术指标的要求不甚高，纸面石膏板、石膏抹面砂浆等均可满足使用要求，取材方便； 2）内保温材料被楼板所分隔，仅在一个层高范围内施工，不需搭设脚手架； 3）在夏热冬冷和夏热冬暖地区，内保温可以满足要求； 4）对于既有建筑的节能改造，特别是目前当房屋卖给个人后，整栋楼或整

12、个小区统一改造有困难时，只有采用内保温的可能性大一些。因此，近几年，外墙内保温也得到广泛的应用。 缺点： 1）由于圈梁、楼板、构造柱等会引起热桥，热损失较大； 2）由于材料、构造、施工等原因，饰面层出现开裂； 3）不便于用户二次装修和吊挂饰物； 4）占用室内使用空间； 5）对既有建筑进行节能改造时，对居民的日常生活干扰较大。 6)墙体受室外气候影响大，昼夜温差和冬夏温差大，容易造成墙体开裂。3.2外墙夹心保温技术外墙夹心保温是将保温材料置于外墙的内、外侧墙片之间，内、外侧墙片可采用混凝土空心砌块。 优点： 1）对内侧墙片和保温材料形成有效的保护，对保温材料的选材要求不高，聚苯乙烯、玻璃棉以及脲

13、醛现场浇注材料等均可使用； 2）对施工季节和施工条件的要求不十分高，不影响冬期施工。在黑龙江、内蒙古、甘肃北部等严寒地区曾经得到一定的应用。 缺点 ： 1）在非严寒地区，此类墙体与传统墙体相比尚偏厚； 2）内、外侧墙片之间需有连接件连接，构造较传统墙体复杂； 3）外围护结构的“热桥”较多。在地震区，建筑中圈梁和构造柱的设置，“热桥”更多，保温材料的效率仍然得不到充分的发挥。 4）外侧墙片受室外气候影响大，昼夜温差和冬夏温差大，容易造成墙体开裂和雨水渗漏。3.3外挂式外保温技术外挂的保温材料有岩（矿）棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板（简称聚苯板，EPS、XPS）、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢

14、丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能和廉价的成本，已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛应用。该外挂技术是采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴、挂在外墙上，然后抹抗裂砂浆，压入玻璃纤维网格布形成保护层，最后加做装饰面。 还有一种做法是用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上，然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上，直接形成装饰面。由贝聿铭先生设计的中国银行总行办公楼的外保温就是采用的这种设计。这种外挂式的外保温安装费时，施工难度大，且施工占用主导工期，待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时，施工人员的安全不易得到保障。 2.聚苯板与墙体一

15、次浇注成型 该技术是在混凝土框剪体系中将聚苯板内置于建筑模板内，在即将浇注的墙体外侧，然后浇注混凝土，混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题，其优势是很明显的。由于外墙主体与保温层一次成活，工效提高，工期大大缩短，且施工人员的安全性得到了保证。而且在冬季施工时，聚苯板起保温的作用，可减少外围围护保温措施。但在浇注混凝土时要注意均匀、连续浇注，否则由于混凝土侧压力的影响会造成聚苯板在拆模后出现变形和错茬，影响后序施工。 我们对于混凝土与无网架聚苯板一次成型复合墙体进行了试验研究。试验结果表明，在混凝土中水泥浆量合适的条件下，直接利用混凝土作为粘接剂来粘贴聚苯板，

16、是完全可能的。当我们对聚苯板的背面进行处理之后，其与混凝土的粘接力进一步提高（其平均粘接强度可以达到0.07Mpa，而且破坏均发生在聚苯板内）。此技术取消了钢丝网架，其保温性能提高，而且板的成本再次降低。在经过对其长期耐久性论证之后，工程中可以推广使用。 3.聚苯颗粒保温料浆外墙保温 将废弃的聚苯乙烯塑料（简称为EPS）加工破碎成为0.54mm的颗粒，作为轻集料来配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层（或是面层防渗抗裂二合一砂浆层）。其中ZL胶粉聚苯颗粒保温材料及技术在1998年就被建设部列为国家级工法。这种工法是目前被广泛认可的外墙保温技术。 该施工技术简便，可以减少劳动强

17、度，提高工作效率；不受结构质量差异的影响，对有缺陷的墙体施工时墙面不需修补找平，直接用保温料浆找补即可，避免了别的保温施工技术因找平抹灰过厚而脱落的现象。同时该技术解决了外墙保温工程中因使用条件恶劣造成界面层易脱粘空鼓、面层易开裂等问题，从而实现外墙外保温技术的重要突破。与别的外保温相比较，在达到同样保温效果的情况下，其成本较低，可降低房屋建筑造价。例如与聚苯板外保温相比较，每平方米可降低25元左右。在天津云琅新居高层外墙保温工程中采用的就是此种技术。此外，节能保温墙体技术中还有将墙体做成夹层，把珍珠岩、木屑、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料（也可以现场发泡）等填入夹层中，形成保

18、温层。 目前市场上已经形成了多种保温面层贴面砖的做法，其中胶粉聚苯颗粒外墙外保温粘贴面砖技术建设部曾经组织过专家评议会，并在2004年建设部发布的行业标准胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统JG158-2004中作出了明确的规定：胶粉聚苯颗粒外墙外保温粘贴面砖技术的基本构造，即以胶粉聚苯颗粒保温浆料为保温层、抗裂砂浆复合热镀锌钢丝网塑料锚栓锚固为抗裂防护层、面砖专用粘结砂浆粘贴面砖、面砖专用勾缝胶粉勾缝为饰面层。 4.喷涂聚氨酯硬泡墙体保温体系 主要特点: 1、聚氨酯发泡热导率低、不易吸水、强度大，耐腐蚀 2、喷涂聚氨酯硬泡墙体保温是以A料(异氰酸酯)加B料(多元醇、发泡剂、催化剂、阻燃剂等)经高压发泡

19、设备现场喷涂发泡为保温层，以聚合物干混砂浆为罩面层，以玻纤网格布为加强层的外墙外保温系统.饰面层适用于涂料、瓷砖、弹涂等。 聚氨酯硬泡无缝粘结，整体性强，与基面（砼、砂浆、红砖、砌块、木材、钢材、玻璃等）粘结非常牢固。 3、罩面层具有不开裂、防水、抗冲击、抗老化性能 4、系统寿命可大于25年。 施工工艺： 基层处理-喷涂聚氨酯硬泡-打磨-抹聚合物干混砂浆-压玻纤网-罩面（聚合物干混砂浆） 喷涂施工工艺的主要优点包括以下几个方面： （1）对于各种形状的基材，不论是平面、立面还是顶面，不论是圆形、球形还是其他不规则形状的复杂物体，都可以直接实施喷涂发泡加工，不需昂贵的模具制造费用； （2）喷涂发泡

20、成型的泡沫保温层的形状与基材物体形状一致；无接缝，绝热效果好；泡沫层外部有一层致密的保护皮层，能较好地保护内部芯材，同时还容易进行外表面的涂料涂刷和进一步修装； （3）生产效率高，尤其适用于大面积、异形物体的绝热处理，成型速度快，生产效率高喷涂型聚醚组合料由聚醚多元醇、匀泡剂、催化剂、教练剂、阻燃剂、发泡剂等组份组成。 （4）通常聚醚组合料呈浅黄色或棕红色粘稠状透明液体，无凝固物和稀稠物及不均匀现象，无机械杂质。 施工要点: 1） 基层平整（符合规范要求），喷涂前，清除基层松动部位、浮灰、污物，堵好脚手眼，安装好预埋件，基层必须干燥，含水量8%。 2） 大风（4级）、0以下、下雨不得施工。 3

21、） 喷涂前必须做好门窗、临近墙体、地面行人、车辆的防护，不能造成任何污染，操作者要穿防护服，戴防护帽、防护眼镜等。 4） 分层喷涂，每层不得超过2cm，误差不得大于5mm。 5） 打磨要精细平整，误差不得大于2mm。 6） 做好安全操作措施，防高空坠落，防触电，对脚手工具、提升设备、打磨设备、喷涂设备认真检查，操作人员必须戴安全带、安全绳、安全帽，设专职安全员。 应用范围: 1、 工业厂房墙体外保温； 2、 民用建筑（特别适用高层）； 3、 冷库； 4保温材料的类型及其特点以下为最新保温材料价格表：序号材料名称及规格单位价格（元）备注1岩棉保温管m32902岩棉板m33003超细玻璃棉管m34

22、204离心玻璃棉管m35005聚氨酯瓦块m315006聚氨酯现场发泡m320007硅酸铝管m34508硅酸铝板m34509硅酸盐保温涂料m370010聚乙烯泡沫塑料管m355011聚乙烯泡沫板m342012橡塑海绵板m3189013橡塑海绵管m3189014珍珠岩m32176.2元/代*35代15黄夹克3cmm32500-270016黄夹克4cmm32500-270017QH101保温板粘接剂#REF!2.881855阻燃聚苯板18/m3m33101955阻燃聚苯板20/m3m336020QH102防护面层胶浆4.421耐碱玻璃纤维网160g/4.423挤塑聚苯板（XPS）密度：28kg/m3

23、m3500含卸车费，此为非阻燃型，若为阻燃型时增加100元/m324挤塑聚苯板（XPS）密度：30kg/m3m355025水泥基渗透结晶kg42含运费卸车费26遇水膨胀止水条m29.5含运费卸车费27土工布500gm2 6产地：莱芜；不含税票，为出厂价格28土工布400gm2 4.829土工布300gm2 3.630土工布200gm2 2.431土工布100gm2 1.232土工布非标准m2 0.95-1.00 德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 曹宁 学 号： 200801703065题 目： 太阳房围护结构保温层的优化设计指导教师评语：评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 学号： 题 目： 评阅人评语：评定成绩： 评阅人签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语 院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 学号： 题 目： 答辩小组评语： 评定成绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日 指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩小组评定成绩（40%）答辩委员会主任签字：年 月 日综合评定成绩