CN102561533A

CN102561533A - 一种墙体外保温材料厚度的确定方法

Info

Publication number: CN102561533A
Application number: CN201210040971XA
Authority: CN
Inventors: 李安桂; 陈曦; 高然
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: CN102561533B

Abstract

本发明公开了一种墙体外保温材料厚度的确定方法。首先在所模拟的温度场中提取与待保温外墙面底边平行的中线上热流值作为参考，而后根据常规方法确定待保温墙外所敷设的保温材料的厚度，以该厚度值作为所提取的中间热流值处所敷设的保温材料的厚度，接着根据所确定的厚度值与中线上中间热流值之间的比例关系以及中线上其他位置处的热流值确定中线上其他位置处所敷设的保温材料的厚度；然后将所得到的中线上所敷设的保温材料的厚度值进行高斯拟合；最后根据所拟合的高斯曲线计算整个外墙面其他位置处所敷设的保温材料的厚度。本发明的方法能够保证墙体外表面热流分布均匀，到达良好的保温目的，同时节省保温材料，降低墙体保温成本。

Description

一种墙体外保温材料厚度的确定方法

技术领域

本发明属于墙体保温技术领域，具体涉及一种墙体外保温材料厚度的确定方法。

背景技术

建筑物的外围护结构除要具备必要的承载力、防潮、隔音性能外，同时还需要具有良好的隔热保温功能，尤其是在寒冷地区，墙体的保温是非常重要的。

建筑物墙体保温材料的厚度直接影响墙体的保温效果。目前对建筑物墙体进行保温的方式很多，但是这些方式基本上都是在墙体外侧敷设等厚度的保温材料，但因建筑墙体外的热流分布不均匀，保温后的墙体外侧热流分布也会不均匀，为了减少热量散失，工程中一般采用增加墙体外侧所敷设的保温材料的厚度这种方式，这样虽然可以使热量散失大的地方得到良好的保温，但存在一定的盲目性，并且耗费保温材料。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种根据待保温墙的热流分布特点确定墙体外保温材料厚度的方法，以有效地减少墙体的热量散失，得到良好的保温效果。

为实现上述技术任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种墙体外保温材料厚度的确定方法，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

步骤一，建立一三维坐标系，该坐标系的原点为待保温墙外墙面底边的一端点，正x轴为待保温墙外墙面的底边，正y轴为待保温墙外墙面的一侧边，正z轴为待保温墙的厚度，待保温墙长x₀、高y₀、厚z₀；

步骤二，利用FLUENT计算软件模拟待保温墙的温度场；

步骤三，在所模拟的温度场中，提取待保温墙外墙面上节点

的热流值所提取的数据中包括节点

的热流值

其中：x_i∈[0，x₀]，i为待保温墙外墙面中直线上的节点编号，i取正整数；

步骤四，根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005确定常规敷设保温材料时的保温材料厚度值；将该厚度值作为外墙面上横坐标

处所敷设的保温材料的厚度

步骤五，根据公式

计算外墙面上横坐标x＝x_i处所敷设的保温材料的厚度，并得到数据组

步骤六，利用数据组且拟合第一高斯曲线：

y_{1} = y_{1_{0}} + (A_{1} / (w_{1} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{1} - x_{1_{c}}) / w_{1})}^{2})

式中：y₁表示待保温墙外墙面上横坐标为x₁处所敷设的保温材料的厚度，PI表示圆周率，

w₁和A₁均为常数；

利用所拟合的第一高斯曲线计算外墙面上横坐标x₁＝x_i，

处所敷设的保温材料的厚度y₁；

利用数据组且拟合第二高斯曲线：

y_{2} = y_{2_{0}} + (A_{2} / (w_{2} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{2} - x_{2_{c}}) / w_{2})}^{2})

式中：y₂表示待保温墙外墙面上横坐标为x₂处所敷设的保温材料的厚度，PI表示圆周率，

w₂和A₂均为常数；

利用所拟合的第二高斯曲线计算外墙面上横坐标x₂＝x_i，

处所敷设的保温材料的厚度y₂。

本发明具有如下优点：

(1)本发明的方法能够有效的减少墙体的热量散失，确保墙体具有良好的保温性能。

(2)根据本发明的方法所确定的保温材料其外轮廓线为曲线状，实现保温材料与建筑造型相结合，使建筑外形更为美观。

附图说明

图1为实施例1中采取本发明的方法和常规方法时，外墙面上的直线

处的热流分布对比示意图；

图2为实施例1中采取本发明的方法敷设保温材料后的墙体结构示意图；

图3为实施例2中采取本发明的方法和常规方法时，外墙面上的直线处的热流分布对比示意图；

图4为实施例3中采取本发明的方法和常规方法时，外墙面上的直线

处的热流分布对比示意图。

以下结合实施例与附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

为保证科学而准确地确定待保温墙外保温材料的厚度，申请人选择不同地区的30个建筑中的50面墙体进行如下研究：

(1)利用FLUENT计算软件模拟各墙体的温度场；

(2)在每个墙体的温度场中，随机提取该墙体不同高度截面(共10个截面)处墙体外表面的热流值数据。

综合比较发现不同墙体的温度场存在相同的特点：沿墙的长度方向，越靠近墙体中心线热流越小，越靠近墙体侧边热流越大，所以根据外墙面的热流分布特点所确定外保温材料的厚度沿墙的长度方向，越靠近墙体中心线保温材料的厚度越小，越靠近墙体侧边保温材料的厚度越大；

对于同一面墙体，墙体高度方向上的中截面处外墙面的热流随墙体长度方向变化最为剧烈，并且该截面处外墙面的热流值大于其他截面处外墙面的热流值，基于该发现申请人选取墙体高度方向的中截面处外墙面的热流分布特点作为确定外保温材料厚度的根据。

本发明的墙体外保温材料厚度的确定方法按下述步骤进行：

步骤一，建立一三维坐标系，该坐标系的原点为待保温墙外墙面底边的一端点(左端点)，正x轴为待保温墙外墙面的底边，正y轴为待保温墙外墙面的一侧边(左侧边)，正z轴为待保温墙的厚度，待保温墙长x₀、高y₀、厚z₀；

步骤二，利用FLUENT计算软件模拟待保温墙的温度场：具体根据墙体的长、高、厚，在gambit软件中建立墙体模型并且对所建立的模型进行网格划分，生成网格文件，然后将网格文件导入fluent流体计算软件中，开启能量方程、定义墙体及内外空气的材料属性并且设置边界条件，结合SIMPLE算法，模拟待保温墙的温度场；

步骤三，在所模拟的温度场中，提取待保温墙外墙面中节点

的热流值

所提取的数据中包括节点

的热流值

步骤四，根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中规定的围护结构传热系数的限值及墙体其他各层的热阻，确定常规敷设保温材料时的保温材料厚度值。具体根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005查出围护结构传热系数的限值，结合经验假定一个保温材料的厚度值，再根据墙体各个层的热阻，求出总的传热系数，与《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005内的限值进行比较，如果符合，则保温材料的厚度就采用先前的假定值，如果不符合，重新假定一个保温材料厚度值，重复以上过程，直到确定一个符合《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005限值的保温材料厚度值；将该厚度值作为外墙面上横坐标

处所敷设的保温材料的厚度

考虑到靠近墙体侧边的热流相较于

处大，而靠近墙体中心线处的热流相较于

处小，故常规敷设保温材料时，处的保温效果反映了整个墙体的平均保温效果，为使墙体各处的保温效果达到均一并且与常规敷设保温材料时的平均保温效果近似，将按常规方法计算出的厚度值作为墙体外壁上

处所敷设的保温材料的厚度

步骤五，根据公式

计算外墙面上横坐标x＝x_i处所敷设的保温材料的厚度

同时得到数据组

步骤六，利用数据组

且

拟合第一高斯曲线：

y_{1} = y_{1_{0}} + (A_{1} / (w_{1} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{1} - x_{1_{c}}) / w_{1})}^{2})

w₁和A₁均为常数；

利用所拟合的第一高斯曲线计算外墙面上横坐标x₁＝x_i，

处所敷设的保温材料的厚度y₁；

同时利用数据组

且

拟合第二高斯曲线：

y_{2} = y_{2_{0}} + (A_{2} / (w_{2} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{2} - x_{2_{c}}) / w_{2})}^{2})

式中：y₂表示待保温墙外墙面上横坐标为x₂处所敷设的保温材料的厚度，PI表示圆周率，w₂和A₂均为常数；

利用所拟合的第二高斯曲线计算外墙面上横坐标x₂＝x_i，

处所敷设的保温材料的厚度y₂。

申请人分别对上述所采集的50面墙体进行上述步骤一至步骤五处理，得到各墙体的数据组

之后对各墙体的数据组

进行拟合，在OriginPro7.5软件中使用常用模型(CCE方程、ECS方程、GaussMod方程、GCAS方程、Beta方程、Boltzmann方程、ExpAssoc方程、ExDecay方程、ExpGrow方程、GaussAmp方程)分别对数据组

且

和数据组

且

进行拟合，最终发现高斯模型下，所拟合的曲线与原数据曲线拟合效果最好，故方法中选用高斯曲线对计算出的厚度值进行拟合。

实施例1：

遵从上述技术方案，本实施例中的待保温墙体的尺寸为长*高*厚＝5*4*0.24m，保温材料的材质为硬质岩棉板。

步骤四中常规敷设保温材料厚度值的确定方法如下：

(1)根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005查出围护结构传热系数的限值。此墙为广州某建筑的外墙，处于夏热冬暖地区，其外墙的传热系数限值是≤1.5W/m².K；

(2)选定保温材料为硬质岩棉板，假定保温材料的厚度为32mm；

(3)进行围护结构传热系数的校核；

其各层的厚度如下：(由内向外)

第1层：石灰水泥砂浆(混合砂浆)：20mm

第2层：钢筋混凝土：240mm；

第3层：水泥砂浆：20mm；

第4层：硬质岩棉板：32mm；

第5层：聚合物砂浆：20mm；

材料导热系数λ值分别为：水泥砂浆：0.930W/m·K；

钢筋混凝土：1.740W/m·K；

硬质岩棉板：0.045W/m·K，修正系数a＝1.2；

聚合物砂浆：0.93W/m·K；

其余层的总热阻为：0.15m²K/W；

各层的热阻计算公式如下：

R = \frac{δ}{λ}

式中δ-各层厚度，m；

λ-各层的导热系数，W·m/K；

墙体总热阻计算：R0＝0.15+(0.24/1.740)+(0.02/0.93)+0.032/(0.045*1.2)+(0.02/0.93)＝0.774m²K/W

传热系数Km＝1/R0＝1/0.774＝1.29W/m².K≤1.5W/m².K，符合《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005的规定，故将保温材料的厚度确定为32mm；

拟合的第一高斯曲线为：

y_{1} = y_{1_{0}} + (A_{1} / (w_{1} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{1} - x_{1_{c}}) / w_{1})}^{2})

式中：y₀＝38.55042±0.20027，x_c＝2.75692±0.05193，w＝2.44876±0.0873，A＝-46.28563±2.72485；所确定的保温材料的厚度沿墙的长度变化范围为：38mm到24mm；

拟合的第二高斯曲线为：

y_{2} = y_{2_{0}} + (A_{2} / (w_{2} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{2} - x_{2_{c}}) / w_{2})}^{2})

式中：

y_{2_{0}} = 20.25865 &PlusMinus; 0.44053,

x_{2_{c}} = 5.04961 &PlusMinus; 0.03707,

w₂＝2.8316±0.10957，A₂＝60.05666±4.03862，所确定的保温材料的厚度沿墙的长度变化范围为：24mm到38mm；

申请人对本实施例中的墙体外敷设采用本发明的方法确定外保温材料厚度后的墙体外表面热流分布特点进行了分析，所采集的外墙面上的直线处的热流值如图1所示，其热流值在33W/m²至36W/m²的范围内变化。

为了进一步验证本申请的先进性，申请人根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中规定的围护结构传热系数的限值及墙体其他各层的热阻，确定常规敷设保温材料时的保温材料厚度值，并对敷设该厚度值的保温材料后的墙体的外表面热流特性进行了分析，所采集的外墙面上的直线处的热流值如图1所示，其热流值在28W/m²至44W/m²的范围内变化。

将图1中的两条曲线进行比较后发现采用本发明的墙体外表面热流分布明显比常规敷设保温材料的墙体的外表面热流分布均匀。

图2为该实施例中采取本发明的方法敷设保温材料后的墙体结构示意图，其中1表示保温材料，2表示墙体。

实施例2：

遵从上述技术方案，本实施例中的待保温墙体的尺寸为长*高*厚＝6*3*0.37m，保温材料的材质为XPS板。

步骤四中确定的常规敷设保温材料厚度值为25mm；

拟合的第一高斯曲线为：

y_{1} = y_{1_{0}} + (A_{1} / (w_{1} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{1} - x_{1_{c}}) / w_{1})}^{2})

式中：

y_{1_{0}} = 32.38471 &PlusMinus; 0.21635,

x_{1_{c}} = 3.3083 &PlusMinus; 0.06323,

w₁＝2.93851±0.10476，A₁＝-59.99989±3.53222，所确定的保温材料的厚度沿墙的长度变化范围为：31mm到16mm；

拟合的第二高斯曲线为：

y_{2} = y_{2_{0}} + (A_{2} / (w_{2} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{2} - x_{2_{c}}) / w_{2})}^{2})

式中：

y_{2_{0}} = 12.62509 &PlusMinus; 0.47588,

x_{2_{c}} = 6.05953 &PlusMinus; 0.04448,

w₂＝3.39792±0.13148，A₂＝77.85123±5.23525，所确定的厚度沿墙的长度变化范围为：16mm到31mm；

申请人对本实施例中的墙体外敷设采用本发明的方法确定外保温材料厚度后的墙体外表面热流分布特点进行了分析，所采集的外墙面上的直线处的热流值如图3所示，其热流值在24W/m²至27W/m²的范围内变化。

为了进一步验证本申请的先进性，申请人根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中规定的围护结构传热系数的限值及墙体其他各层的热阻，确定常规敷设保温材料时的保温材料厚度值，并对敷设该厚度值的保温材料后的墙体的外表面热流特性进行了分析，所采集的外墙面上的直线

处的热流值如图3所示，其热流值在17W/m²至34W/m²的范围内变化。

将图3中的两条曲线进行比较后发现采用本发明的墙体外表面热流分布明显比常规敷设保温材料的墙体的外表面热流分布均匀。

实施例3：

遵从上述技术方案，本实施例中的墙体的尺寸为长*高*厚＝3*4*0.24m，保温材料的材质为聚氨酯。

步骤四中确定的常规敷设保温材料厚度值为50mm；

拟合的第一高斯曲线为：

y_{1} = y_{1_{0}} + (A_{1} / (w_{1} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{1} - x_{1_{c}}) / w_{1})}^{2})

式中：

y_{1_{0}} = 71.97058 &PlusMinus; 0.28038,

x_{1_{c}} = 1.65415 &PlusMinus; 0.03116,

w₁＝1.46926±0.05238，A₁＝-38.87993±2.28888；所确定的保温材料的厚度沿墙的长度变化范围为：70mm到51mm；

拟合的第二高斯曲线为：

y_{2} = y_{2_{0}} + (A_{2} / (w_{2} \times sqrt (PI / 2))) \times \exp (- 2 \times {((x_{2} - x_{2_{c}}) / w_{2})}^{2})

式中：

y_{2_{0}} = 46.36212 &PlusMinus; 0.61674,

x_{2_{c}} = 3.02976 &PlusMinus; 0.02224,

w₂＝1.69896±0.06574，A₂＝50.4476±3.39244，所确定的保温材料的厚度沿墙的长度变化范围为：51mm到70mm。

申请人对本实施例中的墙体外敷设采用本发明的方法确定外保温材料厚度后的墙体外表面热流分布特点进行了分析，所采集的外墙面上的直线

处的热流值如图4所示，其热流值在49W/m²至51W/m²的范围内变化。

为了进一步验证本申请的先进性，申请人根据《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中规定的围护结构传热系数的限值及墙体其他各层的热阻，确定常规敷设保温材料时的保温材料厚度值，并对敷设该厚度值的保温材料后的墙体的外表面热流特性进行了分析，所采集的外墙面上的直线处的热流值如图4所示，其热流值在43W/m²至59W/m²的范围内变化。

将图4中的两条曲线进行比较后发现采用本发明的墙体外表面热流分布明显比常规敷设保温材料的墙体的外表面热流分布均匀。