河北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)“既有建筑效能提升關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”簡介

河北地質(zhì)大學(xué)教授曹秀玲主持的“既有建筑效能提升關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2021年河北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。城市更新、效能提升、老舊小區(qū)改造是我國急需解決的重大民生問題。為此，我校曹秀玲教授團(tuán)隊(duì)以既有建筑效能提升為目的，經(jīng)十幾年潛心研究，系統(tǒng)研發(fā)了既有建筑效能提升關(guān)鍵技術(shù)，提升了既有建筑的安全性及品質(zhì)，推動(dòng)了抗震加固、節(jié)能減排、智能建筑等相關(guān)產(chǎn)業(yè)融合，申請(qǐng)專利20件，軟件著作權(quán)6件，發(fā)表論文71篇；出版專著9部，建筑圖集2部，為既有建筑效能提升提供技術(shù)支撐。

1 既有建筑增層擴(kuò)容及安全效能提升技術(shù)

針對(duì)既有建筑增層擴(kuò)容新舊基礎(chǔ)梁連接不牢、新舊建筑沉降不同、抗震安全性能無法保障等問題，研發(fā)了新舊混凝土結(jié)構(gòu)拼接裝置及施工方法，發(fā)明了高性能抗震節(jié)能墻體，解決了既有建筑平改坡、加裝電梯等功能改造難題。在傳統(tǒng)蒸壓加氣混凝砌塊墻體上設(shè)置混凝土芯柱，形成新型高性能抗震節(jié)能墻體，為既有建筑增層擴(kuò)容提供了安全保障。

2 基于能源供熱能力數(shù)值模擬軟件節(jié)點(diǎn)耦合計(jì)算方法，提出了三維拉格朗日插值公式

通過模仿人類皮膚和呼吸系統(tǒng)，運(yùn)用熱交換機(jī)理，建立了嵌入式多孔蓄熱材料“動(dòng)態(tài)絕緣”體系?；谀茉垂崮芰?shù)值模擬軟件節(jié)點(diǎn)耦合計(jì)算方法，創(chuàng)立三維拉格朗日插值公式，實(shí)現(xiàn)了TOUGHREACT和FLAC3D軟件網(wǎng)格轉(zhuǎn)換，改進(jìn)了該體系自然和混合通風(fēng)下的設(shè)計(jì)模型。證明了“動(dòng)態(tài)絕緣”體系可有效降低能耗和提升室內(nèi)空氣品質(zhì)，建筑空調(diào)和照明用能減少了80%～95%。

3 建立了防火隔熱涂層“微結(jié)構(gòu)-隔熱性能”關(guān)聯(lián)式和性能數(shù)據(jù)庫

針對(duì)既有建筑改造過程中防火墻熱性能提升問題，開發(fā)了墻體新型隔熱防火涂層材料，提高了熱障涂層5%的熱應(yīng)力性能以及7%的抗高溫腐蝕能力，解決了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)防火隔熱降低能耗和減少碳排放問題。通過對(duì)隔熱涂層材料大量的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析，拓展了隔熱涂層的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)老舊小區(qū)改造提供了的數(shù)據(jù)支撐。

4 智能型自發(fā)電集熱儲(chǔ)能系統(tǒng)

針對(duì)老舊小區(qū)既有建筑未采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，能源利用率低，傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)存在熱損大、恒溫性差等問題，研制了自發(fā)電太陽能屋面板和高效新型儲(chǔ)能裝置，形成了自發(fā)電集熱儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)，開發(fā)了實(shí)時(shí)狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了太陽能和地?zé)崮芫C合利用和靈活調(diào)控，既有建筑改造后能效提高15%。

5 既有建筑健康評(píng)估、室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)老舊小區(qū)改造過程中新舊結(jié)構(gòu)沉降不一致、建筑承重結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力集中、損傷位置定位及預(yù)測困難等問題，研發(fā)了基于建筑狀態(tài)感知模型的健康度和應(yīng)力發(fā)展趨勢監(jiān)測方法，解決了利用有限傳感器探測建筑內(nèi)部狀態(tài)存在多解或不定解的難題。發(fā)明了室內(nèi)空間環(huán)境監(jiān)測裝置和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境多個(gè)特征參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)的快速采集、儲(chǔ)存、傳送。

研究成果在城市更新改造多項(xiàng)工程中得到應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益。

團(tuán)隊(duì)成員：王玉璋、吳會(huì)閣、許海巖、李建明、岳沐慈、寇小勇、王俊峰、徐洪瑞、楊前。