本文是一篇土木工程论文，本研究结果表明：外窗传热系数对建筑能耗影响最大，此外，外墙传热系数、屋顶传热系数以及外窗传热系数对建筑能耗均有一定的影响，研究结果可为加气混凝土夹芯无机保温外墙板的工程应用提供技术参考。
第1章 绪 论
1.1研究背景
建筑业是国民经济的产业支柱，为我国经济持续发展提供了有力支撑。近年来随着建筑产业结构的升级，传统粗放的建造模式和高耗能的建筑方式已不能适应当前产业结构的调整和可持续发展的需求。装配式建筑具有系统性、集约性的特点，强调装配化、标准化、工厂化，符合可持续发展的建筑工业化需求。
国家颁布一系列政策推动装配式建筑的发展。2016年国务院发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，装配式建筑成为建筑行业的焦点，指导意见中提出大力发展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。2020年我国住房和城乡建设部发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，指导意见中提出要加快建造方式转变，大力发展装配式，推动建立以标准部品为基础的专业化、规模化、信息化生产体系。2022年我国住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑业发展规划》[1]明确形成建筑业高质量发展体系框架，大力发展装配式建筑，构建装配式建筑标准化设计和生产体系，扩大标准化构建和部品使用规模，提高装配式建筑的综合效益。
众多利好政策的发布推动着装配式建筑的发展，然而目前装配式建筑仍存在技术集成度和规模化程度较低的问题，特别是适用于装配式建筑的外围护体系较少，致使寒冷严寒地区仍采用加气混凝土(ALC)条板附加外保温的形式。在《山东省推进钢结构装配式住宅建设试点方案》中提出加强科技攻关，重点研发适宜山东特点、具有自主知识产权的钢结构装配式住宅主体结构技术体系和满足居住建筑75％节能标准的围护体系。随着DB37/T5026-2022《居住建筑节能标准》的颁布，建筑节能有了更高的节能标准，新的居住建筑节能标准中要求居住建筑83%节能率。建筑围护结构的热工性能在一定程度上决定了室内环境的舒适，我国建筑能耗最大的组成部分为北方城镇冬季供热采暖能耗,占全国建筑总能耗的36％，而这部分能耗中,由于建筑围护结构保温不良造成的能耗70％[2]，而通过外墙散失的热量是整个外围护结构热量损失的25%~28%[3]。提高建筑外围护结构的保温隔热性能是提升装配式建筑的节能效率关键。因此，迫切需要研发节能环保、轻质高强的新型外墙板。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外自保温体系研究现状
2006年，沙特阿拉伯Hazmy[4]对普通中空建筑砖内部对流与传导耦合换热方式进行了研究。利用Fluent软件测试建筑砖传热速率来测量空心砌块内部的温度分布。研究表明空心砌块内插聚苯乙烯棒后热流密度可减小36%，采用实心聚苯乙烯棒总传热可降低25%。
2006年,Byoung-Jun Lee和Stephen Pessiki[5]提出了一种三层皮夹芯保温预制复合墙体（图1.1），并对这三种墙体形式进行热工计算、对热箱进行了实验验证，并对其参数进行了计算研究。确认了因热流方向的宽度增加，三层板夹心墙与普通双层板夹心墙相比，具有较好的隔热效果。
2007年，德国的BASF（Badische Anilin-undSoda-Fabriken）公司[6, 7] 研制开发了NEOPOR和PERIPO两种保温材料都能够充分地降低围护结构的传热系数，确保建筑能源得到充分开发利用。与此同时,PERIPO还是一种强度很高的综合材料，也可适用于地下室外墙作为挡土墙。
2009年，Mohamed A. Antar , Hasan Baig 等[8]人对空心砌块内的空腔换热进行研究。结果表明：增加空腔的数量可以显著降低热损失，空腔中的自然对流强度其实很小，因此砌块中的空腔能够满足保温的要求同时不影响结构的强度。
第2章外墙传热相关理论
2.1 外墙传热基本理论
2.1.1基本传热方式
自然界只要有温差，都有传热现象发生，传热现象通常仅能从气温高的区域传达到气温低的区域[34] 。比如冬天供暖房间气温比户外空气气温高，热量便由室内经建筑物的外围护结构向室外传递；夏季户外空气温度很高，这时热量便由外围护结构由室外向室内转移。
热量传递方式即导热、对流、辐射三种基本模式。无论传热方式有多么复杂，其实归根结底也不过是三种方式的不同组合形式。
2.1.1.1导热
（1）导热的机理
导热是指温度不同的物体各部分或者温度不同的两个物体直接接触而发生的热传递现象。仅能在致密固体内进行简单导热。
从建筑学角度来看，建筑物外围护结构的墙体与屋顶一般可视为致密的固体材料，尽管在这部分材料中存在孔隙或者其他的传热方式，但是，这一部分的份额可忽略，由此，可将建筑围护结构传热过程视为导热过程。
（2）导热基本定律——傅里叶定律
傅里叶定律是指在导热过程中，单位时间内通过给定系截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
（3）边界条件
边界即研究对象和外界之间的交界处，边界条件也称为定解条件。在工程实际中，经常遇到一些具有复杂物理意义和几何形状的传热现象。解导热过程实际上是一个导热微积分方程式，为满足更详细地理解一些导热问题中温度的分布，需给定边界上的温度，并对换热情况设定边界条件。
2.2 外墙热工性能指标及其影响因素
2.2.1外墙传热系数及规范限值
传热系数指的是稳态传热情况下的系数，围护结构两侧的空气在差1°C的条件下，在单位时间里，以单位面积形式传输的热量。在整栋建筑物的外围护结构中，外墙的面积最大，对于建筑能耗具有十分重要的作用。据统计，建筑围护结构引起的能耗占建筑物总能耗70%左右。因此，外墙整体隔热保温在建筑节能中占据着重要地位。
建筑围护结构传热系数K是建筑节能效应评价的一个重要的定量的控制指标。[36] 所以，建筑围护传热系数计算与建筑整体能耗密切相关。就济南地区而言，DB37/5026-2014《居住建筑节能设计标准》（表2.1）与DB37/5155-2019《公共建筑节能设计标准》（表2.2、2.3）中分别规定了围护结构传热系数限值。
第3章 夹芯无机保温外墙板热工性能研究 ....................... 25
3.1 夹芯无机保温外墙板热工性能分析 ........................ 25
3.1.1 夹芯无机保温外墙板基本构造 ........................ 25
3.1.2 材料导热系数修正系数取值 .................... 26
第4章 夹芯无机保温外墙系统构造技术研究 ........................ 49
4.1 加气混凝土夹芯无机保温外墙板系统构造设计 ........................ 49
4.2 热桥部位的有限元分析.................. 55
第5章 示范工程的节能分析 ......................... 69
5.1 工程概况 ............................. 69
5.2 工程构造设计 ........................ 71
第5章 示范工程的节能分析
5.1 工程概况
该项目为济南市公安局人民警察训练实训楼如图5.1~5.7所示，建设单位为济南市公安局，项目规划用地面积13300㎡，工程总建筑面积为11676.71㎡，全部为地上面积，该建筑共七层，建筑高度为31.8m。主要功能为多功能厅、报告厅、会议室、宿舍等。项目主体结构采用钢筋混凝土框架体系，防火设计类别为二类高层公共建筑，耐火等级为地上二级，抗震设防为主楼二级、裙房三级，结构设计使用年限为50年。该工程立面设计简洁明快，整齐中富于变化，给人以庄严的感觉，符合国家机关办公大楼的特点。
第6章结论与展望
6.1 结论
发展装配式建筑是实现建筑工业化的重要途径，近年来装配式建筑进入快速发展的阶段，但目前与装配式建筑相配套的外墙板种类较少，且新型墙板的生产和应用技术相对落后，限制了墙板在实际工程中的推广应用。加气混凝土夹芯无机保温外墙板是由加气混凝土板与无机棉保温板复合而成，具有轻质高强、耐火隔音等特性。因此，对加气混凝土夹芯无机保温外墙板的热工性能和构造技术研究，对推动装配式建筑的发展具有意义。
基于墙板热工性能影响分析，建立了夹芯无机保温墙板稳态传热模型，对加气混凝土夹芯无机保温外墙板的主要组成材料导热系数的修正系数进行研究，分析了墙板内的配筋、拉结件以及钢质连接件对墙板各构造层当量导热系数的影响。结果表明：在考虑加气混凝土平衡含水率下的前提下，确定外叶加气混凝土板的导热系数的修正系数为1.11；确定当内叶加气混凝土为150mm、170mm、200mm时，内叶加气混凝土导热系数的修正系数取值分别为1.17、1.18、1.19。嵌入无机棉保温层内的拉结件处的热桥效应明显，在考虑无机棉保温层平衡含水率下的前提下，根据不同厚度修正系数的取值范围是1.34~1.41。
根据装配式建筑外墙系统的要求，提出了内嵌式夹芯无机保温外墙板系统的构造设计，通过对热桥部位的传热模拟分析，研究了夹芯无机保温外墙板系统热桥部位的热工性能，结果表明：夹芯无机保温外墙板热桥部位的构造合理，夹芯无机保温外墙内表面温度远高于露点温度；建立典型夹芯无机保温外墙单元传热模型，对不同厚度及不同窗墙比的外墙平均传热系数进行了模拟分析，建议在热工设计外墙主断面传热系数的修正系数取值，外墙为普通窗时建议取1.10；外墙为凸窗时建议取1.23。
参考文献（略）
