两类三元胶凝体系的构建及配比优化

为了保证混凝土材料性能,同时实现低碳、绿色化发展,本文以矿渣粉(GS)、粉煤灰(FA)和石灰石粉(LS)等辅助胶凝材料(SCMs)替代55%(质量分数)水泥(C)制备了两种三元胶凝体系,即粉煤灰-矿渣粉-水泥体系(FGC)和石灰石粉-矿渣粉-水泥体系(LGC),研究了体系中FA-GS、LS-GS比例变化对三元胶凝材料粉料堆积密实度、工作性和强度的影响,并结合微观结构分析确定了三元胶凝体系的最佳配比。结果表明,随着两种三元胶凝体系中GS占比的增大,试样密实度和流动性略微减小,试样抗压、抗折强度以及环境效益逐渐增大。在FA-GS和LS-GS质量比均为3∶8时,两种胶凝体系制备的胶砂试样中后期强度均能接近甚至超过纯水泥试样。

围护结构太阳辐射吸收系数对太阳能采暖建筑外墙热性能的影响

利用墙体热工系统理论,依据墙体传热的室外边界条件具有地区差异和表面特性差异的特点,选取拉萨、银川和西安作为代表性地区,通过以附加热阻百分率和附加热惰性指标为外墙表面热工参数的等效计算方法,讨论冬季采暖条件下改变太阳辐射吸收系数对南墙节能量和内壁面温度的变化规律。结果表明:增大南墙的太阳辐射吸收系数可有效增大节能量,但会小幅降低内壁面温度的稳定性,这种影响在太阳辐照度最高的拉萨地区最为显著,其次为银川和西安,且随着墙体传热阻和热惰性指标的增大,节能量和内壁面波动幅度对太阳辐射吸收系数的敏感性变小。

西北乡域被动式住宅太阳能与辅助热源协同匹配设计

为解决建筑集热量与居民热舒适需求难以匹配的问题,以太阳能资源高适宜区银川和一般适宜区兰州的附加阳光间式太阳能建筑为研究对象,利用Design Builder建筑能耗分析软件,通过数值模拟的方法研究不同采暖模式、辅助热源强度组合下主要房间的室内温度状况及建筑的能耗情况。结果表明:在太阳能供暖的基础上,辅以辅助热源能够有效解决建筑集热量与居民热需求不符的矛盾,并且降低采暖能耗。对于银川和兰州地区,在分别采用分时分区采暖模式且辅助热源强度下限为60 W/m2和80 W/m2时,满足居民热舒适需求同时最大程度地减少能源消耗;相对于连续采暖,分时分区采暖虽然在短时期内增加建筑平均热负荷,但是在一定程度上降低整个采暖期累计热负荷,减少建筑使用阶段50%~60%碳排放量,可见该方法对降低乡村建筑能耗起到较大作用。

双热扰下节能墙体对室内热环境的动态影响

结合拉萨地区的气象数据和典型太阳能建筑分析模型,采用热平衡方程和傅氏级数解析法,分析室内外双侧热扰耦合作用下节能墙体构造方式对太阳能采暖建筑室内热环境的动态影响。结果表明,内保温构造方式下的内壁面温度波幅大于11℃,而外保温和夹芯保温幅度仅约为5℃。不同节能墙体构造方式对空气温度与壁面温度间的"温度波峰谷时差"存在影响,其中夹芯保温最小约0.5 h,外保温次之约为1.0 h,内保温最长约为4.0 h。操作温度较室内空气温度波幅有显著降低,其中夹芯保温构造的操作温度波幅为3.1℃,室内热环境的稳定性最好。

空间划分对太阳能建筑室内温度差异化影响

结合拉萨、银川及西安地区的冬季气候条件,建立典型建筑模型,利用热平衡方程组分析空间划分模式及隔墙热阻等对室内不同空间温度的差异化影响。结果表明,室内空间合理划分可明显提高主要房间的室内温度,但受太阳辐照强度和室外空气温度差异的影响,不同地区提高的幅度有所不同。依据典型建筑模型分析,拉萨地区民居采暖期主要房间空气温度可提高13.6%,达到16.7℃;银川地区可提高22.7%,达到9.2℃;西安地区可提高10.3%,达到11.8℃。

自然运行下乡村太阳能建筑热工参数对室内空气温度的影响

我国西北地区太阳能资源丰富,但传统乡村建筑的太阳能热利用效率并不理想。以宁夏中卫地区的气候特征和乡村建筑模型为例,采用调研测试与建筑热平衡分析相结合的方法,揭示了自然运行条件下乡村太阳能建筑的构造参数对冬季室内空气温度的影响规律。结果表明,建筑的南向窗墙面积比、外墙传热系数对冬季室内温度影响显著,而外窗的构造及热工参数影响较小。南向窗墙面积比由0.30增大至0.55时,采暖期室内平均温度可提高35.9%,最冷月室内平均温度可提高153.3%。南向窗墙面积比为0.5时,采用SI-3型夹芯保温构造墙体,自然运行条件下,采暖期平均室内温度可达10.2℃,1月份室内平均温度可达5.2℃。研究结果可为西北乡村太阳能采暖建筑构造优化及室内热环境改善提供理论参考。

室内外边界朝向差异下的外墙传热系数优化设计

为探究室内外热作用朝向差异对多空间太阳能建筑外墙传热特性的影响,选取拉萨、银川、西安3个地区,通过稳态计算的方法对建筑各朝向外墙传热系数进行优化设计,并分析室内外双侧边界差异条件下,多空间太阳能建筑外墙的传热系数优化前和优化后的日均节能量。结果表明:各朝向外墙优化传热系数存在明显差异,这种差异的大小取决于室内外双侧边界条件,不同朝向外墙室内外传热温度的差异越大,外墙优化传热系数和日均节能量也越大,其中拉萨地区日均节能量为152.73 kJ,银川地区为320.25 kJ,西安地区为681.45 kJ。可见,建筑外墙传热系数的优化可以有效减少外墙热量损失。

压力成型相变储能砂浆的热性能与力学性能

为协同提高储能砂浆的热性能与力学性能,采用压力成型方法制备了硫铝酸盐水泥基相变储能砂浆,并通过差示扫描量热法(DSC)、导热系数测试、红外热像法测试、强度试验及扫描电子显微镜(SEM)等方法,研究了压力成型相变储能砂浆的相变潜热、相变温度、导热性能、储热能力、力学强度及微观结构.结果表明:该相变储能砂浆的界面结合紧密、密实度高、导热能力强,并且在等相变材料含量下,具有更高的力学强度;当相变材料质量分数为25%时,与浇筑成型相比,压力成型可使相变储能砂浆在10℃和30℃下的导热系数分别提高60.2%和69.1%,且28d抗压强度、抗折强度分别提高27.7%和40.0%.

多空间被动式太阳能采暖建筑热工设计

结合拉萨地区气象数据和民居建筑模型,建立多空间太阳能建筑热平衡方程,分析内外墙体传热系数对室内热环境的影响规律,提出了多空间太阳能建筑墙体热工设计方法。结果表明,该方法能够在保证辅助房间温度处于舒适区间的同时,将室内有限的热能尽可能多地分配到主要房间,达到持续提高主要房间温度,兼顾辅助房间温度的目的。当主要房间温度需要达到某一值时,可利用拟合出的函数表达式计算出其相对应的内外墙传热系数。以本文模式c为例,当起居室室内温度设定为14℃,厨房温度为8℃时,其对应的外墙传热系数为0.33 W/(m^2·K),内墙传热系数为1.25 W/(m^2·K),该方法可为被动式太阳能采暖乡村建筑的墙体热工设计提供一定的借鉴。

聚丙烯纤维对水泥基泡沫材料性能影响

利用快硬硫铝酸盐水泥和引气剂、减水剂、稳泡剂以及短切聚丙烯纤维制备水泥基泡沫材料,研究了聚丙烯纤维掺量对材料表观密度、抗压强度、孔隙率以及孔结构和压折比的影响。结果表明,表观密度随纤维掺量增加而线性增大,当纤维掺量由0增加至0.25%时,表观密度增大了26.7%。对于抗压强度存在最佳纤维掺量,当掺量为0.15%时,抗压强度达到最大值。纤维掺量增加有利于材料韧性提高,但不利于封闭孔隙的形成,当纤维掺量由0.2%增大至0.25%时,压折比降低了14.4%,"体积吸水率与孔隙率比"增大了59.2%。

宁夏中卫地区被动式太阳能民居测试研究

我国西北地区生态环境脆弱、城镇化水平较低、气候条件严酷,乡村民居冬季室内热环境改善与采暖用能及生态环境保护间的矛盾日益突出。宁夏中卫地区地处西北腹地,位于地处宁、甘、蒙三省区交汇地带,其气候特征及民居特点具有显著的代表性。为探索利用太阳能解决乡村民居冬季采暖问题,本文对宁夏中卫地区某一被动式太阳能采暖民居进行了冬季室内外热环境参数的测试,并采用操作温度对室内热环境进行了分析与评价。结果表明,当地太阳能资源丰富,适于发展被动式太阳能建筑,并且乡村建筑通过直接受益窗以及温度过渡区的合理设置,能有效提高主要房间的热环境质量。但现有乡村建筑的冬季室内热环境质量并不理想,室内温度偏低、波动较大,需要加强建筑的集热与蓄热设计。

水灰比对轻质水泥基泡沫材料性能的影响

通过物理引气法制备轻质水泥基泡沫材料,研究了水灰比对材料孔隙率、强度、导热系数及孔结构的影响。结果表明,孔隙率随着水灰比的增大而增大,但孔结构在水灰比大于0.9时劣化明显。材料抗压强度和导热系数受孔隙率和孔结构的综合影响。当水灰比由0.75增大至0.9时,"强度/表观密度"降低9.6%,导热系数减小25.6%。但当水灰比由0.9增大至0.95时,"强度/表观密度"降低幅度达到了18.5%,导热系数非但没有减小而是略有增大。通过SEM和Young-Laplace方程分析了水灰比对孔结构的影响规律,阐明了水灰比对水泥基泡沫材料性能的影响机理。

拉萨地区节能墙体对室外综合温度扰量的频率响应

采用四阶谐量傅氏级数表达的室外综合温度函数作为墙体外侧的边界条件,利用墙体热工系统理论分析了拉萨地区节能墙体不同朝向和不同构造对延迟时间与衰减倍数的影响。分析结果表明,墙体的朝向、墙体构造方式、墙材的热物理参数等均对延迟时间和衰减倍数具有显著影响,其中以蓄热系数较大的灰沙砖为主体材料的外保温构造墙体具有最大的衰减倍数和较长的延迟时间。

太阳能建筑外墙传热系数朝向差异设计研究

结合太阳能建筑室外热作用朝向差异显著的特点,对不同朝向外墙单位面积日平均失热量进行分析,提出“传热系数朝向差异”的太阳能建筑墙体热工设计方法。借助建筑分析模型,确立墙体节材量随基础传热系数和室内计算温度的变化关系;对比分析拉萨、银川及西安3个地区太阳能建筑的墙体节材性特点及传热系数朝向差异设计下的墙体内壁面温度动态变化规律。结果表明:采用墙体传热系数朝向差异化设计可减少墙材用量,且太阳辐射强度越高的地区节材性越明显,该方法不会对室内热环境产生不利影响。

太阳能富集地区采暖居住建筑节能构造研究

针对太阳能富集地区居住建筑外墙构造特点和室外综合温度条件,以拉萨地区为例进行研究,提出了采暖居住建筑非平衡保温节能墙体构造,其中南墙不做保温、东西墙和北墙采用外保温。在对当地典型居住建筑形式和围护结构现状调研基础上,采用南墙兼顾延迟时间和传热系数,东西墙、北墙单位面积等净失热量的分析方法,确定了非平衡外墙的传热系数,并对以此设计的非平衡保温构造总净热损失和内表面温度进行了分析。给出了非平衡保温构造的计算与分析方法,为同类地区非平衡保温构造设计提供了方法和理论依据。

水泥基无收缩复合灌浆料的实验研究

通过采用硅酸盐水泥和铝酸盐水泥及适量其它材料复合制备高质量水泥基无收缩复合灌浆材料,并研究各组成材料对其性能的影响。试验结果表明,所研制的灌浆料具有大流动性、微膨胀、早强、高强及强度持续稳定增长等特点。

西藏高原城镇居住建筑围护结构传湿研究

以拉萨地区城镇居住建筑为例,以冬至日不同朝向室外综合温度作为室外计算温度,分析了不同节能构造围护结构在稳态条件下的传湿情况。结果表明:拉萨地区围护结构南向不出现冷凝,北向易出现冷凝,并且该地区围护结构适合采用外保温构造和夹芯保温构造,不宜采用内保温构造;围护结构应采取非平衡防冷凝构造设计。因此,该文的结果不仅可使西藏地区居住建筑围护结构传湿分析更加准确,同时也为该地区围护结构的防冷凝构造设计提供了理论依据。

外墙外保温柔性耐水干粉腻子的研制

通过在水泥基腻子中添加适量的有机改性材料制备高质量耐水腻子,并研究组成材料对其性能的影响。所研制的柔性耐水腻子抗裂性能优异、粘结强度高、具有透气性和憎水性,与外墙涂料配合使用应用于外墙外保温系统可明显提高该系统的耐候性。

聚合物改性水泥基高孔隙率泡沫材料性能及机理研究

利用物理引气法制备高孔隙率(>90%)水泥基泡沫材料,研究了聚合物乳胶粉掺量对材料热工性能和力学性能的影响。结果表明,在聚合物乳胶粉改性作用下,材料导热系数有所降低,力学性能有一定的提高。材料的性能提高程度与聚合物乳胶粉掺量之间存在一定的相关性,在聚合物与水泥质量比(P/C)为0.2时,导热系数最小,其值为0.046 W/(m·K);P/C为0.1时,抗压强度最高,其值为248kPa。材料的抗冲击韧性随聚合掺量增大而增大,当P/C由0增大至0.33时,试件的抗冲击能耗提高了142.3%。利用扫描电镜分析了孔结构在聚合物乳胶粉改性下的特征变化,表明聚合物膜的形成使孔结构由无机结构转变为无机-有机复合结构,从而使材料的力学性能与热工性能得到改善。

节能环保型水泥聚苯颗粒屋面保温材料的研制

研制的屋面保温材料是以级配优化的废弃膨胀聚苯乙烯颗粒作为保温骨料,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,掺入适量纤维和添加剂配制而成。该材料节能利废、保温性能好、成本低。对聚苯颗粒级配优化进行了分析,并归纳了该保温材料生产配合比设计方法。