关键词：
草砖
热湿传递
建筑构造
轻钢结构
摘要：
随着国家“双碳”目标的提出以及乡村振兴战略的推进,节能环保的村镇住宅成为目前村镇建设的重要内容。轻钢结构草砖房兼具草砖保温隔热性能好和钢结构安全稳定的优点,为村镇住宅的进一步发展提供了新路径。但作为生物质多孔建材,热湿传递对草砖墙体的保温性和耐久性存在着显著影响。墙体湿度提升不仅会导致保温性能下降,也极易引发霉菌滋生。同时钢结构对墙体内部水分迁移的阻碍以及节点处存在的冷热桥现象,都使得墙体内部湿传递的复杂性进一步加剧,影响钢结构安全和墙体的热工性能,从而制约着草砖的推广和应用。目前针对热压成型的草砖热工性能研究相对较少,特别是针对热压成型草砖填充轻钢结构墙体的热湿传递特性研究不足。本研究根据草砖材料热湿传递特性和轻钢结构建筑的建造特点,借助计算机仿真软件研究轻钢结构草砖墙体内的热湿耦合传递状况,根据不同区域的适应性提出相应构造优化策略,从而为草砖墙体在更广地域范围内的推广应用提供依据。具体研究内容包括以下几个方面:首先,对草砖砌块的原材料收集、工艺设计、生产制作、施工建造等全流程进行调研,梳理草砖砌块材料成分、形状设计的影响因素,总结目前草砖建筑使用和推广所面临的制约因素。并根据多孔介质热湿迁移理论及传热机理,对热压成型草砖材料开展热湿性能测试实验,提取草砖密度、等温吸放湿曲线、汽阻因子、扩散系数、比热容及导热系数等参数。其次,采用计算机仿真软件COMSOL Multiphysics作为有限元数值模拟工具,以天津、上海和广州为例,从草砖砌块孔径、墙体防水层布置、建筑能耗等方面展开区域适宜特性研究。研究表明,草砖砌块内部孔径最优值受边界条件影响而改变,因此研究中将模型封装以简化计算过程,经计算,天津市气象条件下孔径建议值为30～50mm;天津、上海气象条件下草砖墙体增设防水层易导致防水层内侧水分聚集,湿度上升,使墙体内部湿度分布状况恶化,而广州市气象条件下会导致墙体外表面抹灰层的水分聚集;此外,草砖墙体冬季保温性能优势明显,不同气候工况条件下,相比红砖墙体可节能30%以上,但草砖墙体霉菌滋生风险高于红砖和ALC墙体。最后,根据轻钢结构与草砖结合的建造特点,提炼出三个典型构造节点,对典型气候分区气象条件下节点处温湿度分布进行研究,归纳墙体内部存在的冷凝和霉菌滋生风险关键点位置,分析轻钢结构对草砖墙体内部的热湿传递影响机理,进而提出增设岩棉包裹层的构造措施和方法,以改善墙体的热湿传递状况,防止霉变的发生,从而保证草砖墙体的热工性能和耐久性。研究表明,草砖墙体中钢结构靠近室外一侧是防止霉变的关键部位,在钢结构周围包裹岩棉可有效改善上海、广州气象条件下草砖墙体的内的湿度分布,为湿度较大地区草砖墙体的推广应用提供理论基础。
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