普通混凝土小型空心砌块的热工性能分析.pdf

全 国中文核 心期 刊 斩 点巍粉 普通混凝土小型空心砌 夹的热工牲能分析 陈建芳 ， 叶必朝 ( 1 常州大学 石油工程 学院， 江苏 常州2 1 3 0 1 6 ； 2 常州工程职业技术学 院， 江苏 常州2 1 3 1 6 4 ) 摘要 ： 利用理论方法计算9 种孔型为矩形的混凝土小型空心砌块的热绝缘系数和热惰性指标， 由此确定在孑 L 洞率一定时保温 性能最优的砌块结构； 固定空气间层的 度 ， 比较每种砌块在不 同孔洞率 F 保温性 能达到最优 时的空气问层 的宽度 ； 确定在孔洞率 定时隔热性能最优 的砌块结构； 所有砌块随着孔洞牢的增大隔热性 能降低 。利用 数值方法计算 出孔 型为圆形等其它形式 的砌块 的热绝缘系数， 发现均 比孔型为矩形时的数值小 。 关键词： 混凝土小型空心砌块； 孔型； -f U l d 率； 保温性能； 隔热性能 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 4 文献标 识码 ： A 文章编 号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 7 4 0 2 The an al ys i s o f t h er m a l pr o pe r t y o f nor ma l c o nc r e t e s mal l ho l l o w bl oc k C H E N J i c m f a n g Y E B i c h a o 。 ( 1 Co l l e g e o f p e t r o l e u m E n g i n e e r i n g o f C h a n g z h o u Un i v e r s i t y ， Ch a ng z h o u 21 3 01 6， J i a n g s u， Ch i n a ： 2Ch a n g z h o u i n s t i t u t e o f En g i n e e r i ng T e c h n o l o g y， Ch a n g z h o u 21 31 6 4， J i a n g s u， Ch i n a ) O 前言 l 空气问层结构对砌块保温性能的影响 混凝土小型空心砌块具有原材料来源广、可以避免毁用 烧砖、 生产能耗较低、 对环境污染程度较小并能消耗部分工业 废料等优点， 是我国墙体改革重点推广的新型墙体材料之一。 近几年来， 在居住等建筑中应用十分 。泛。 本文分析该种砌块应用到江苏常州这样的夏热冬冷地区 的保温与隔热性能。 随着经济的高速增长， 该地区的城镇居民 纷纷采取措施， 夏季空调、 冬季采暖成了一种很普遍的现象。 由于该地区过去居住建筑的设计对保温隔热问题不够重视， 围护结构的热工性能普遍很差， 这种状况如不改变， 该地区的 采暖、空调能源消耗必然急剧上升，将会阻碍社会经济的发 展， 且不利于环境保护。 在此背景下本文将研究提高混凝土小 型空心砌块的保温性能和隔热性能的措施。 目前大量使用的混凝土小型空心砌块的主要规格为 3 9 0 m m x l 9 0 m m x l 9 0 n l m( 见图1 ) 。文中所研究的混凝土空 心砌块所用混凝土材料的密度为 1 4 0 0 k g m 。 ，导热系数为 0 5 3 W ( m K ) 。由于普通混凝土空心砌块最小外壁厚应不 小于 3 0 m m ，最小肋厚应不小于 2 5 m m，孔洞率应不小于 2 5 _】 1 。 在满足上述条件的情况下， 分析混凝土小型空心砌块 的保温性能和隔热性能。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 9 2 6 作者简介 ： 陈建芳， 女， 1 9 7 7年生， 山东聊城人 ， 硕士 ， 讲师。 地址 ： 江苏 省常州市 ， 电话： 1 3 6 8 5 2 1 0 2 9 1 ， E - m a i l ： c j f 9 6 2 0 1 2 6 e o m。 7 4 新型建筑材料 2 0 1 1 2 热绝缘系数是反映围护结构保温性能优劣的一个重要参 数， 热绝缘系数越大保温性能越好。 根据由2 种以上材料组成 的、 两向非均值围护结构( 包括各种形式的空心砌块) 其平均 热阻绝缘系数的计算方法闭 得出了孔型为矩形， 孑 L 洞率分别为 2 5 、 3 0 、 3 5 、 4 0 、 4 5 时表 1 中各种形式砌块的热绝缘 系数， 由此可分析本文中混凝土小型空心砌块的保温性能。 图 1 混凝土小型空心砌块示意 表 1 砌块的热绝缘系数 ( 孔洞率为 2 5 ) 1T I 2 o K ， W 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈建芳， 等： 普通混凝土小型空心砌块的热工性能分析 表 1 只列出了孔洞率为2 5 时的数据。孔洞率一定时， 通过对所有数据进行横向比较得出，每 1 种砌块的热绝缘系 数均随着n 的增大且b的减小而增大；如果砌块中空气间层 的 b 一定， 改变肋和外壁的厚度不影响砌块的热绝缘系数， 将空气问层交错排列也不会改变其热绝缘系数值；把表 I 中 第7 种和第8 种砌块上排孔和下排孔交换位置后，发现热绝 缘系数值不发生变化。 通过对所有数据进行纵向比较得出， 在每一个T L # M 率下， 均是四排孔的热绝缘系数值最大。 如果空气问层的n 相同， 热 绝缘系数值随着b的增大而减小； 若b 相同， 砌块的空气间层 的总长度相等， 那么则热绝缘系数值也相等， 例如表 1 中6 = 1 3 0 fi l m， 第 1 种、 第 2 种和第 3 种砌块热绝缘系数的最小值 相等； 如果空气问层的。 相同， 将一个空气问层分成多个， 可 以增加砌块的热绝缘系数值， 对比表 1 中第 1 种、 第4 种、 第 5 种和第9 种砌块的最大值即可发现。 孔洞率为3 0 4 5 时的计算结果变化规律与上述规律 相同。而对于同一种结构， 随着孔洞率的增大， 热绝缘系数如 何变化， 以表 1 中第 4 、 第 5 和第 9 种砌块为例列 于 表 2 ， 表中 。 均为3 3 0 m m ， 括号中的数值是相应孔洞牢下的b 值。 表 2热绝缘系数最大值及相应的 b值 注 ： 热 绝 缘 系 数 及 b值 的 单位 分 别 为 K ， W 、 mn l 。 观察表2 中的数据可以发现， 砌块的结构一定， 随着孔洞 率的增大， 热绝缘系数的变化规律不固定， 双排孔和四排孔是 先增大后减小， 三排孔是一直减小。 对于本文的砌块为了取得 较好的保温效果，双排孔空气问层的b 宜取4 0 m m左右， 三 排孔空气间层的6宜取 1 9 m m左右， 四排孔空气问层的b 宜 取2 0 m m左右。这是由于空气的热导率比组成围护结构的其 它材料的热导率小， 所以空气问层在一定的厚度内可起到阻碍 传热的作用； 当空气间层达到一定厚度后， 若再增加其厚度， 由 于传热空间增大， 空气问层的热绝缘系数几乎不增加， 而此时 空气问层总的热导率越来越接近组成围护结构的其它材料的 热导率， 这样不但起不到阻碍传热的作用， 反而会促进传热。 如果空气间层的形状为圆形，可将其折算成同面积的方 型， 再按上述方法计算， 由以上分析可知， 孔型为圆形的砌块 的热绝缘系数处于最大值和最小值之间。空气间层的形状若 为椭圆形、 平行四边形和三角形时， 相关文献中没有说明如何 确定其热绝缘系数。本文用数值计算方法计算了表 1 中所有 砌块的热绝缘系数，计算结果与理论计算结果之间的误差均 不超过5 。因此就用数值计算方法计算孔型为椭圆等形状 的砌块的热绝缘系数， 取其中1 例见表 3 ， 砌块形状如图 1 所 示， b 分别为3 3 0 、 5 6 1 m m ， 孔洞率为2 5 。 表 3不同子 L 形砌块 热绝缘系数 的对 比m C w 矩形 圆角 1 圆角 2 椭 圆形三角形平行四边形 圆形 ( O 0 5 5 4 5 5 2 6 3) 0 5 5 2 2 0 5 51 7 0 5 4 0 3 0 5 2 0 8 O51 51( O0 4 4 6 7 2 1 0 8 ) 表 3中孔型为矩形时，砌块的热绝缘系数计算值为 0 5 5 2 3 m 2 o o C W， 理论计算值为 0 5 4 5 6 m 2 C W， 两值之问的 误差为 1 2 0 ；将矩形孔四角改为圆角，圆角半径为 1 0 、 2 0 l n m时的计算值分别为 0 5 5 2 2 、 0 5 5 1 7 m 2 o C W，与矩形孔时 相比稍有减小：圆形孔砌块的热绝缘系数计算值为0 4 7 1 0 m 2 - ， w， 理论计算值为 0 4 6 0 8 m ， w， 两值之问的误差为 2 1 7 。 表 3 中的数据是孔洞率为2 5 时的数据， 孔洞率为其 它值时， 规律也是如此。 综上， 文中的混凝土小型空心砌块的孔型采用矩形， 孔洞率 为3 5 ， a = 3 3 0 m m ， b = 1 9 7 m m时的四排孔砌块保温性能最好。 2 对砌块隔热性能的分析 围护结构在夏热冬冷地区应满足夏季隔热的要求， 对处 于该地区中温度波幅很大的非稳态传热条件下的建筑围护结 构，只采用热绝缘系数这个指标不能全面评价围护结构的热 工性能。热绝缘系数是描述围护结构传热能力的性能参数之 一 ，是在稳态传热条件下建筑围护结构的评价指标。 在非稳态 传热的条件下，围护结构的热工性能除了 用热绝缘系数这个 参数之外，还应该用抵抗温度波和热流波在建筑围护结构中 传播能力的热惰性指标D来评价。 根据文献 2 给出的D的计 算方法， 对文中的砌块进行了计算。 对计算结果分析发现， 在孔洞率一定的情况下， 如果扒b 皆变化， 即。 增大则b 减小， o 减小则b 增大， 。 增大会使空气 问层与混凝士组成的混合层的平均蓄热系数和平均热绝缘系 数降低， 最终使得混合层平均热惰性指标D降低； 而b 减小 会使纯混凝土层的热绝缘系数增大，最终使得纯混凝土层的 热惰性指标D增大。当改变o 、 b时， 最终热惰性指标D如何 变化， 要看以上2 部分的代数和。若。 相等， 把 1 个空气间层 分成几个空气问层并联形成多排孔砌块， 那么D将会增大。 空气问层形状是椭圆形、 圆形、 平行四边形和三角形时， 它们的D值均小于空气间层形状为矩形时的D值。 (卜转 第 8 9页 ) N E W BUI L DI NG M ATE Rl AL S 75 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 异， 适合在防水砂浆中应川。 王辉， 等： 丙烯酸可再分散乳胶粉在刚性防水砂浆 中应用 参考文献 ： 郭保 生， 刘庆潭 既有隧道 丙烯 酸防水材料 的实验研 究l J J 广 西大 学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 2 ) ： 1 2 5 1 2 7 1 2 i 王 育江 混凝 土的渗流 特性 及防水耐 久性研 究【 J ) I _ 南 京： 东南 大 学， 2 0 0 8 【 3 】 土茹 聚合物乳液 改性水 泥 砂 浆性 能及机理研 究【 D 1 上海 ： 同 卅 * * ， ” ” * * m * H * * ” ： ” * H* ， ” * * * * ： ( 上接第 7 5页) 对于 表 l 中每一种砌块， 因为空气的蓄热系数为0 ， 所以 随着孔涧率的增大， 砌块的热惰性指标 D值将减小。基于以 上结论， 表 1 中第 5 种砌块孔型为矩形， 在孔洞率为 2 5 ， a = 2 3 1 3 i l l m ， b = 2 6 7 fi l m时， ， J 值最大( 为2 4 1 ) ， 即隔热性能最 好， 此时的热绝缘系数为 0 6 1 8 4 m W。 3 结论 ( 1 ) 孔洞率一定的情况下， 表 1 中各种形式的普通混凝土 心砌块的热绝缘系数随空气间层 a的增大且 b 的减小而增 大； 如果保持a 不变， 将 1 个空气间层甲分成几个较小的空气 问层并联存一起形成多排孔砌块，砌块的热绝缘系数将会增 大； 如果保持b 不变， 将 1 个空气问层甲分成几个较小的空气 问层串联在一起，砌块的热绝缘系数不变。因此，孔涮率为 2 5 一 4 5 时， 空气问层排数最多的砌块热绝缘系数最大。 ( 2 ) T L N率从 2 5 4 5 ， 表 1 中各种砌块的热绝缘系数 变化规律不同， 例如， a 相同， T L N率小同， 砌块的热绝缘系数 出现最大值时的 b 也不同。 济大学 ， 2 0 0 5 f 4 1 胡宇凯 环 保型丙烯酸 乳液在 建筑 防水涂料 中的应用研究 J 1 中 同建筑防水 ， 2 0 0 5 ( 1 O ) ： 1 4 1 6 【 5 I B o u n y V B Wa t e r v a p o u r s o q ) l i o n e x p e r i m e n t s O I3 h a r d e n e d e e - me n t i t i n u s ma t e r i a l s P a r t h Es s e n t i a l t o o f o r a n a l y s i s o f h y g r a l b e h a v i o u r a n d i t s r e l a t i o n t o p o r e s t r u c t u r e J C e m e n t a n d C o n - e r e t e Re s e a r e h ， 2 00 7 ， 3 7 ： 4l 4 4 3 7 A 坩卅 * ” * * ” 形和三角形时的砌块的热绝缘系数均小于孔型为矩形时的 值； 将矩形的4 个直角改为圆角也是如此， 并且用数值计算方 法得出了各 自 的数值。 ( 4 ) 孔洞率为2 5 4 5 时， 表 1 中每一种砌块随孔洞率 增大D值逐渐降低。在孔洞率一定时， 三排孔或四排孑 L 砌块 的D值最大。 ( 5 ) 空心砌块保温性能最佳和隔热性能最佳不是同时出现， 热绝缘系数的最大值 0 7 7 9 3 m K W出现在孑 L 型为矩形， 孔洞率 为3 5 ， a = 3 3 0 m m ， b = 1 9 7 m m时， 此时D = 2 1 3 ； 热惰性系数D值 最大值( 为2 4 1 ) 出现在： 孔型为矩形， 孔洞率为2 5 ， a = 2 3 1 - 3 m m ， b = 2 6 7 i i l m时， 此时的热绝缘系数为 0 6 1 8 4 m z 。 C 。 在上述结论的基础上，如再结合对空心砌块进行抗压和 抗剪等力学性能进行研究， 选择砌块结构会更加全面。 参考文献 ： I 1 】 G B 8 2 3 9 1 9 9 7 ， 普通混凝土 小型空心砌块 s 2 陆耀庆 实用 供热空 调设计手册 M 2版 北京 ： 中国建筑 工业 出 版社， 2 0 0 7 ( 3 ) 孔洞率一定， 空气问层孔型为椭圆形、 圆形、 行四边 A 易来泰专 家技术 问答 第4 期 外墙外保温 的优势是什 么? 外墙外保 温主要 的功能是 降低 建筑 的空调及 暖气能耗 ， 提 高居 住的舒适度 ， 并提供丰 富的装饰外 市面和提 高建筑使 用寿命 。与传统的外墙 内保温相 比具有如 优势： ( 1 ) 在进行外保温后 ， 于内部的实体墙热容量大， 墙体 能蓄存更 多的热量 ， 使诸如太 阳辐 射或 问歇采 暖造 的窜内 温度变化减缓 ， 室温较 为稳定 ， 生活较 为舒适 ； 也使太 阳辐 射 热、 人体 散热 、 家用 电器及炊事散热等因素产生的“自由热 ” 得 到较好的利用， 有利于节能 。而在夏季 ， 外保温 层能减少太阳 辐射热的进入和 室外高气温 的综合影响 ， 使外墙 内表面温度 和室 内空气温 度得 以降低。 ( 2 ) 外墙 内保温 不可避免地会 在保温层与墙 体的结合 处 产生露点， 严重时会导致墙体 内表面发霉 ， 而外保温 系统基本 可以避免露 点的产 生。 ( 3 ) 可 以制作大面积 、 平滑 和整体 的建筑 物外立面 ， 表面 装饰也有 了更多的选择性 ， 可以选取不 同类型 的表面和色彩 。 外墙 体系 中的主体 E P S发泡材 料可 以利 用线切 割成 形等方 法加 工成不 同形状 ， 例如 建筑屋 檐、 门廊 、 窗套 、 墙面 凹 凸饰 面、 各类 拱柱上 的装饰 线条 以及各类 艺术小 品等 ， 彻底 改革 了 长期应用的利用模 板、 钢筋水泥等成形的传统工艺 。 ( 4 ) 具有较高 的性价 比， 是新建建筑和 既有建筑节能改造 项 目最经济的节能方法之一。虽然外墙外保温工程每平方米 造价 比内保温 相对 要高一些 ， 但只要技术选择适当， 单位面积 造价提 高并不 多。特别 是由于外墙外保温 比内保温增加 了使 用面积近 2 ， 实际上是使单位使用面积造价得到降低 。加上 有： 约能源 、 改善热环境等一系列好处， 因此综合效益十分显 著 。 易来 泰技 术专 家 电 子 邮箱 e x p e r a k z o n o b e 1 t o m 有关 于干混砂浆 可再分散胶 粉和功能添加剂 的新技术 、 新问题 ， 易来泰专家期待收到您的信息， 并与您交流 。 NE W BUf L DI NG MAT E Rf AL S 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m