CN111962795B - 一种装配式建筑外墙保温装饰大板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑外墙保温装饰大板，属于建筑新材料技术领域，包括贴合板、隔热板和保温板，隔热板材质为具有保温功能的聚氨酯，贴合板采用导热性能好的导热绝缘弹性橡胶，贴合板固定连接在隔热板的左侧内壁，保温板固定连接在隔热板的右侧面，通过保温板曲面的设置，在寒风正面撞击到保温板后扩散时，保温板的曲面对寒风流起到导向的作用，避免增加冷空气的扩散面积，且通过两个风筒的设置，将风力转换为转杆转动的动力，有效的消耗风力，避免风力破坏等问题的出现，通过风筒的设置，将风力转换呈动力，带动耐磨橡胶A和耐磨橡胶B之间相互摩擦，并将摩擦产生的热量通过贴合板传导到墙体上，进一步增加保温效果。

Description

一种装配式建筑外墙保温装饰大板

技术领域

本发明涉及一种装配式建筑外墙保温装饰大板，属于建筑新材料技术领域。

背景技术

墙体板是一种起到加固墙体、防火、防潮等作用的建筑板，在墙体板的发展过程中，越来越注重其性能上的优点。

现有的具有保温的外墙墙体板主要需要的功能是抵御寒风的侵袭，但是在寒风正面侵袭时，风力撞击墙体板后会向四周扩展，增大了墙体板与寒风带来的冷空气的接触面积，加速了墙体温度的散发，导致保温效果的降低。因此亟需一种新的外墙保温板来解决上述问题。

目前国内企业通过学习西方国家的先进经验，研制了集保温、隔热、防水装饰和耐腐蚀等性能一体化的保温装饰复合板，取得了原材料的科学配方，产品的构件化、标准化、组合的多样化，综合经济造价相对合理的成果；但在板材的构造和风能技术应用方面仍然存在以下几个方面问题。

1)保温墙板的装配式安装技术使用不显著。外保温材料选用聚苯板，安装技术主要有聚苯板与墙体安装的点卯法和聚苯板与墙体一次浇注成型的挂贴法等形式的施工方法，板材受寒冬、酷暑、阴雨、大风、腐蚀等特别环境因素和湿作业的影响，使外墙内表面导致结露霉变，冻融循环、材料腐蚀导致保温板材脱开裂、鼓包、脱落；技术措施和施工方法导致维修困难，影响板材使用寿命和建筑保温及立面效果。

2)保温墙板材料节能环保性能有很大的局限性，应用发展前景受到制约，保温材料的施工现场废料对周围环境有一定污染。板材对新型能源--风能的开发利用严重不足。我国可再生资源和新能源的开发利用只占新型能源的20％左右，这与国外有很大差距。我国风能资源储量大，分布面广，随着世界能源危机愈发明显，我国从80年代开始，在国家政策的扶持下，近几年随着绿色建筑思想的提出，风能利用逐步走向建筑领域，得到人们的关注和应用研究。

3)板材保温与装饰性能一体化的设计不足，施工繁琐，板材装饰面层在紫外线、高温、严寒、大风、阴雨等环境因素影响下容易脱落，影响城市美观。

针对现有保温墙板存在的构造技术和风能利用的不足，探索安装装配式、有效利用风能、具有装饰性一体化复合墙板的研究，进入人们的视野。解决寒风正面侵袭加速墙体温度降低的问题，使板材具有保温装饰一体化、合理利用风能、不受环境因素影响和便于装配式安装的性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种装配式建筑外墙保温装饰大板，该装饰大板利用风能和热能原理，通过板材的材料的合理选用、板材的安装构造设计，改善了墙体的保温效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种装配式建筑外墙保温装饰大板，包括贴合板、隔热板和保温板，隔热板的形状呈矩形体且左侧面呈镂空状态，隔热板左侧内壁的四角均开设有沉头孔，沉头孔内活动连接有固定螺栓，贴合板的形状和尺寸与隔热板内部的形状和尺寸一致，贴合板固定连接在隔热板的左侧内壁，且贴合板的左侧壁面与隔热板的左侧壁面平齐，贴合板左侧内壁的四角均固定连接有膨胀螺栓，且膨胀螺栓贯穿贴合板。

保温板的形状呈矩形体且内部中空，保温板左侧壁面的四角均开设有螺纹槽，四个固定螺栓分别与四个螺纹槽螺纹连接，保温板的右侧面呈曲面，且保温板的顶端和底端高于中端，保温板的右侧面固定连接有两个风筒，两个风筒呈上下对应，风筒的形状呈圆柱形体，风筒的顶面和底面均铺设有气孔，风筒的内壁固定连接有隔板，隔板的中心和风筒的背侧面均开设有圆孔A，圆孔A内固定安装有转动轴承，转动轴承的内圈固定连接有转杆，转杆与隔板和风筒上的转动轴承内圈均固定连接，转杆位于隔板前侧的外壁固定安装有扇叶，转杆位于隔板背侧的外壁固定安装有伞形齿轮A。

保温板右侧内壁开设有两个圆台槽，两个圆台槽内均固定连接有耐磨橡胶A，耐磨橡胶A的形状呈圆台形体且右侧面呈镂空状态，耐磨橡胶A的中心固定连接有导热棒，导热棒穿过保温板且与贴合板的右侧面贴合，保温板右侧面对应两个圆台槽的位置分别开设有圆孔B，圆孔B内固定安装有转动轴承，圆孔B内转动轴承的内圈固定连接有圆杆，圆杆对应耐磨橡胶A的位置固定连接有耐磨橡胶B，耐磨橡胶B的形状呈圆台形体且与耐磨橡胶A的右侧内壁贴合，圆杆的外壁固定连接有传动轮A，保温板右侧面对应两个伞形齿轮A的位置分别开设有圆孔C，圆孔C的内圈固定安装有转动轴承，圆孔C内转动轴承的内圈固定连接有主动杆，主动杆对应伞形齿轮A的一端固定连接有伞形齿轮B，伞形齿轮A与伞形齿轮B相互啮合，主动杆对应传动轮A的位置固定连接有传动轮B，每两个位置靠近的传动轮A和传动轮B均与一个同步带啮合，保温板在两个风筒之间设有三角板。

优选的，所述隔热板材质为具有保温功能的聚氨酯。

优选的，所述贴合板采用导热性能好的导热绝缘弹性橡胶。

优选的，所述保温板的右侧面呈镂空状态且通过转轴合页固定安装有盖板，盖板通过卡合机构与保温板固定连接。

优选的，所述导热棒的材质为铜材质。

本发明的有益效果是：

1、该装配式建筑外墙保温装饰大板，通过保温板曲面的设置，在寒风正面撞击到保温板后扩散时，保温板的曲面对寒风流起到导向的作用，避免增加冷空气的扩散面积，且通过两个风筒的设置，将风力转换为转杆转动的动力，有效的消耗风力，避免风力破坏等问题的出现。

2、该装配式建筑外墙保温装饰大板，通过风筒的设置，将风力转换成动力，带动耐磨橡胶A和耐磨橡胶B之间相互摩擦，并将摩擦产生的热量通过贴合板传导到墙体上，进一步增加保温效果，提高寒冷环境下室内的温度。

3、采用有龙骨直接挂板的安装方式实现板材性能“保温装饰一体化，产品生产工业化，产品安装板块装配化”，利于板材安装维修。防止因温度变化而产生的应力结构变形，导致墙体斜裂缝或八字裂缝和墙板脱落；避免了雨、雪、冻、融、干、湿循环所造成的结构破坏。

4、研究设计该板材保温装饰的一体化，使风能收集构件成为建筑装饰的一部分，体现建筑高科技的艺术魅力。同时合理选择饰面材料，使板材饰面材料与保温材料有机的结合，使建筑饰面耐腐蚀性和耐老化性能更好，建筑饰面色彩样式品种更多，定制范围更广，更具市场潜力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的局部剖视结构示意图；

图3为本发明的局部剖视结构示意图。

图中：1贴合板、2隔热板、3保温板、4沉头孔、5固定螺栓、6膨胀螺栓、7螺纹槽、8盖板、9转轴合页、10卡合机构、11风筒、12气孔、13隔板、14圆孔A、15三角板、16转杆、17扇叶、18伞形齿轮A、19圆台槽、20耐磨橡胶A、21导热棒、22圆孔B、23圆杆、24耐磨橡胶B、25传动轮A、26圆孔C、27主动杆、28伞形齿轮B、29传动轮B、30同步带。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种装配式建筑外墙保温装饰大板，包括贴合板1、隔热板2和保温板3，隔热板2材质为具有保温功能的聚氨酯，隔热板2的形状呈矩形体且左侧面呈镂空状态，隔热板2左侧内壁的四角均开设有沉头孔4，沉头孔4内活动连接有固定螺栓5，贴合板1采用导热性能好的导热绝缘弹性橡胶，贴合板1的形状和尺寸与隔热板2内部的形状和尺寸一致，贴合板1固定连接在隔热板2的左侧内壁，且贴合板1的左侧壁面与隔热板2的左侧壁面平齐，贴合板1左侧内壁的四角均固定连接有膨胀螺栓6，且膨胀螺栓6贯穿贴合板1。

保温板3的形状呈矩形体且内部中空，保温板3左侧壁面的四角均开设有螺纹槽7，四个固定螺栓5分别与四个螺纹槽7螺纹连接，保温板3的右侧面呈镂空状态且通过转轴合页9固定安装有盖板8，盖板8通过卡合机构10与保温板3固定连接，转轴合页9和卡合机构10均为现有公知技术，在此不做赘述，盖板8的右侧面呈曲面，且盖板8的顶端和底端高于中端，盖板8的右侧面固定连接有两个风筒11，两个风筒11呈上下对应，风筒11的形状呈圆柱形体，风筒11的顶面和底面均铺设有气孔12，风筒11的内壁固定连接有隔板13，隔板13将风筒11分隔呈两个区域，隔板13的中心和风筒11的背侧面均开设有圆孔A14，圆孔A14内固定安装有转动轴承，转动轴承的内圈固定连接有转杆16，转杆16与隔板13和风筒11上的转动轴承内圈均固定连接，转杆16位于隔板13前侧的外壁固定安装有扇叶17，转杆16位于隔板13背侧的外壁固定安装有伞形齿轮A18。

保温板3右侧内壁开设有两个圆台槽19，两个圆台槽19内均固定连接有耐磨橡胶A20，耐磨橡胶A20的形状呈圆台形体且右侧面呈镂空状态，耐磨橡胶A20的中心固定连接有导热棒21，导热棒21的材质为铜材质，导热棒21穿过保温板3且与贴合板1的右侧面贴合，保温板3右侧面对应两个圆台槽19的位置分别开设有圆孔B22，圆孔B22内固定安装有转动轴承，圆孔B22内转动轴承的内圈固定连接有圆杆23，圆杆23对应耐磨橡胶A20的位置固定连接有耐磨橡胶B24，耐磨橡胶B24的形状呈圆台形体且与耐磨橡胶A20的右侧内壁贴合，圆杆23的外壁固定连接有传动轮A25，保温板3右侧面对应两个伞形齿轮A18的位置分别开设有圆孔C26，圆孔C26的内圈固定安装有转动轴承，圆孔C26内转动轴承的内圈固定连接有主动杆27，主动杆27对应伞形齿轮A18的一端固定连接有伞形齿轮B28，伞形齿轮A18与伞形齿轮B28相互啮合，主动杆27对应传动轮A25的位置固定连接有传动轮B29，每两个位置靠近的传动轮A25和传动轮B29均与一个同步带30啮合，通过保温板3右侧面呈曲面的设置，流动的风向保温板3吹动时，会通过曲面向保温板3中心流动，风进入到风筒11内流动，对扇叶17产生推动力，带动转杆16转动，转杆16通过伞形齿轮A18和伞形齿轮B28的啮合，带动主动杆27转动，主动杆27通过同步带30传动，带动圆杆23转动，使得耐磨橡胶B24与耐磨橡胶A20之间相互摩擦产生热量，并通过导热棒21到产生的热量传导到贴合板1上，保温板3在两个风筒11之间设有三角板15，三角板15用于对风进行导向，避免两个风筒11内流出的风相互作用。

在使用时，在墙体上开设预设孔，将贴合板1的膨胀螺栓6打入预设孔内，对装饰大板进行安装。

在风流动到保温板3上时，会通过曲面向保温板3中心流动，当风进入到风筒11内后，对扇叶17产生推动力，带动转杆16转动，通过伞形齿轮A18和伞形齿轮B28的啮合以及同步带30传动，带动耐磨橡胶B24与耐磨橡胶A20之间相互摩擦产生热量，并通过导热棒21到产生的热量传导到贴合板1上。

保温效果分析：

1)该板材由内向外构造层次分别为：一是贴合板、二是贴合板与隔热板之间的空气间层、三是隔热板、四是隔热板与外侧曲面形保温板空气间层、五是外侧曲面形保温板空气间层等五大部分构造组成。该板材如图2所示，各构造层次材质物理性能指标分别为：贴合板材料为绝缘导热弹性丁基橡胶，其导热系数λ₁＝0.09W/m·k，厚度d₁＝0.01m。隔热板材料为聚氨酯，其导热系数λ₂＝0.024W/m·k，厚度d₂＝0.01m；两者之间的空气间层厚度为d_空气1＝0.02m。保温板为整个系统的主体部分，为中空内凹式造型；选用干密度ρ₀＝700导热系数λ₃＝0.19W/m·k的水泥刨花板，厚度分别为靠墙处板材d₃＝0.03m，靠外侧内凹造型板材d₈＝0.01m；其内部空气层厚度平均视为d_空气2＝0.035m。

2)考虑到室外的谐波热作用，通常还需要计算校核该墙体板结构的蓄热系数S，因单个板材尺寸为0.6m×0.7m，面积较小；背板采用丁基橡胶贴面，蒸汽渗透系数非常小，故整体结构的蓄热系数S可忽略不计。

3)根据热阻计算公式R＝R₁+R_空气1+R₂+R₃+R_空气2+R₈其中空气间层热阻根据在冬季垂直空气间层其各自厚度不同查表可得：

R_空气1＝0.16m²·k/W，R_空气2＝0.18m²·k/W带入到热阻计算公式中，根据

可得：

R≈0.11+0.16+0.42+0.16+0.18+0.05＝1.08m²·k/W

将热阻R带入整个墙体维护结构的温度计算中，根据计算公式：

以及围护结构墙体内材料层之间的温度计算公式：

在各地冬季平均室外最低温度t_e和室内温度t_i 18℃的计算条件下，该墙体板能够将部分风能转化为热能，提高t_e温度值，从而提高整体板材保温效果，满足一般建筑节能保温需求，达到预期效果。

风筒内部风能分析：

根据风功率计算公式

可知，风能大小与气流通过的面积、空气密度和气流速度的立方成正比，其中起到决定性影响因素的就是风速。根据装配式外墙风动保温墙体板的结构所示可以发现，推动风筒内扇叶的风能大小，即受风速大小影响，也随叶片自身迎风面的尺寸大小而随之变化。

以哈尔滨为例，经查询哈尔滨冬季累年平均风速V为3.5m/s～4m/s，通常情况下室外空气密度P约为1.396kg/m³，迎风面S＝扇叶长度H×风筒长度L，如图2所示，风筒可设计为直径0.1m、长度L＝0.6m，叶片长度H取风筒半径的

即0.04m。则可根据风功率计算公式，求出单个风筒的风功率为：

风能与热能的转换分析：

根据摩擦生热公式Q＝F×S，当风筒内叶片受风力影响转动时，两耐磨橡胶之间发生相对位移S，在风力的影响下，根据功与力的转化关系，

即摩擦产生的热量等于风能与系统摩擦系数的比。交叉纹理的橡胶摩擦产生的滑动摩擦系数为μ＝0.32可得

单个板材结构含有两个风筒，故该板材总产生热量为Q_总＝2.25×2＝4.5J。

风能利用的装配式外墙保温装饰板的风能转化效果概述：

1)根据物理热量公式Q＝CM·Δt可知，当节能板材与外墙墙面存在温差时，且墙体比热容C和质量M固定不变的前提下，如果外墙墙面温度低于节能板材温度时，节能板材开始向外墙墙面以每秒4.5J/块的效率向外墙传递热量，直至二者达到热平衡。在实际建筑工程中，可根据板材产生的热量与板材自身结构热阻进行温度与热量之间的简单换算。

计算表明，依靠风能，单个板材结构中可以产生提高4.86℃的温度效果，很大程度上改善围护结构的保温效果。

2)当板材安装于严寒A区外墙时，根据严寒和寒冷地区居住建筑节能标准表4.2.2-1的传热系数限值，4-8层建筑外墙的传热系数要求K≤0.4则有温度提升计算：

ΔT＝Q总×R复合

ΔT＝Q总×1/K＝4.5×1/0.4＝11.25℃。

计算表明，每块节能板材能为所在墙体持续带来11.25℃的温度提升。公式表明，外墙材质的传热系数不同，该板材对墙体温度的提升亦有变化。在实际应用中，要选用保温效果优异的建筑外墙材料。

3)该板材的节能效果并不体现在自身材料热阻的提高，而是通过板材结构的能量转换带来墙体与板材空气温度的提高，以传导、辐射传热方式实现建筑的保温节能效果。也就是说，该板材在运行工作的条件下，会持续为外墙提供4.5J/s的热量，该板材运行效果，可以阻止建筑墙体产生不必要的额外能耗支出，进而实现建筑的保温节能效果。

通过上述数据可以看出：计算表明，依靠风能，单个板材结构中可以产生提高4.86℃的温度效果，很大程度上改善围护结构的保温效果。计算表明，每块节能板材能为所在墙体持续带来11.25℃的温度提升。

Claims (5)

1.一种装配式建筑外墙保温装饰大板，包括贴合板（1）、隔热板（2）和保温板（3），隔热板（2）的形状呈矩形体且左侧面呈镂空状态，隔热板（2）左侧内壁的四角均开设有沉头孔（4），沉头孔（4）内活动连接有固定螺栓（5），贴合板（1）的形状和尺寸与隔热板（2）内部的形状和尺寸一致，贴合板（1）固定连接在隔热板（2）的左侧内壁，保温板（3）的形状呈矩形体且内部中空，保温板（3）左侧壁面的四角均开设有螺纹槽（7），四个固定螺栓（5）分别与四个螺纹槽（7）螺纹连接，其特征在于：所述保温板（3）的右侧面固定连接有两个风筒（11），风筒（11）的顶面和底面均铺设有气孔（12），风筒（11）的内壁固定连接有隔板（13），隔板（13）的中心和风筒（11）的背侧面均开设有圆孔A（14），圆孔A（14）内固定安装有转动轴承，转动轴承的内圈固定连接有转杆（16），转杆（16）与隔板（13）和风筒（11）上的转动轴承内圈均固定连接，转杆（16）位于隔板（13）前侧的外壁固定安装有扇叶（17），转杆（16）位于隔板（13）背侧的外壁固定安装有伞形齿轮A（18）；

所述保温板（3）左侧内壁开设有两个圆台槽（19），两个圆台槽（19）内均固定连接有耐磨橡胶A（20），保温板（3）右侧面对应两个圆台槽（19）的位置分别开设有圆孔B（22），圆孔B（22）内固定安装有转动轴承，圆孔B（22）内转动轴承的内圈固定连接有圆杆（23），圆杆（23）对应耐磨橡胶A（20）的位置固定连接有耐磨橡胶B（24），耐磨橡胶B（24）与耐磨橡胶A（20）的右侧内壁贴合，圆杆（23）的外壁固定连接有传动轮A（25），保温板（3）右侧面对应两个伞形齿轮A（18）的位置分别开设有圆孔C（26），圆孔C（26）的内圈固定安装有转动轴承，圆孔C（26）内转动轴承的内圈固定连接有主动杆（27），主动杆（27）对应伞形齿轮A（18）的一端固定连接有伞形齿轮B（28），伞形齿轮A（18）与伞形齿轮B（28）相互啮合，主动杆（27）对应传动轮A（25）的位置固定连接有传动轮B（29），每两个位置靠近的传动轮A（25）和传动轮B（29）均与一个同步带（30）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种装配式建筑外墙保温装饰大板，其特征在于：所述保温板（3）的右侧面呈曲面，且保温板（3）的顶端和底端高于中端。

3.根据权利要求1所述的一种装配式建筑外墙保温装饰大板，其特征在于：所述耐磨橡胶A（20）的中心固定连接有导热棒（21），导热棒（21）穿过保温板（3）且与贴合板（1）的右侧面贴合。

4.根据权利要求1所述的一种装配式建筑外墙保温装饰大板，其特征在于：所述保温板（3）在两个风筒（11）之间设有三角板（15）。

5.根据权利要求1所述的一种装配式建筑外墙保温装饰大板，其特征在于：所述隔热板（2）左侧内壁的四角均固定连接有膨胀螺栓（6），且膨胀螺栓（6）贯穿贴合板（1）。

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