轻质混凝土多孔砖墙体自保温系统传热性能研究.pdf

中国科技核心期刊 新 建蟓 柑 轻质混凝土多t m, m 体自保温系统 传热 生 链硼究 姚华军 ( 浙江 昆仑建设集 团股份有限公司， 浙江 杭州3 1 0 0 0 7 ) 摘要 ： 针对九排孔轻质混凝土多孔砖墙体自保温体系， 通过 F L U N E T 软件数值模拟分析方法， 对该系统的传热性能和热桥问 题进行 了研 究。研 究结果表 明： 轻质混凝土多孔砖改性后墙体热 阻增加 ， 保温性 能提 高； 在九排孔轻质混凝土多孔砖墙体 自保温体 系中 ， 外墙转角热桥部位 内表面容易发生结露现象 ， 应采取保温措施 。其它 部位热桥 内表 面温度高于空气露点温度 ， 不会发生结露 现象 。研究成果将为九排孔轻质混凝土多孔砖墙体 自保温 体系建筑热桥部位采取保温措施提供了重要 的实践指导价值。 关键词： 轻质混凝土多孔砖墙体； 自 保温体系； 传热性； 数值模拟 中图分类号： T U 5 2 2 1 9 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 5 0 0 5 S t u d y o n t h e h e a t t r a n s f e r p e r f o r ma n c e o f s e l f i ns u l a t i o n s y s t e m o f l i g h t we i g h t c o n c r e t e p o r o u s b r i c k wa l l Y A 0 Hu u n ( Z h e j i a n g K u n L u n C o n s t r u c t i o n G r o u p C o L t d ， H a n g z h o u 3 1 0 0 0 7 ， Z h i a n g ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e n i n e r o ws o f h o l e s l i g h t we i g h t c o n c r e t e p o r o u s b ric k wa l l i n s u l a t i o n s y s t e m， t h i s p a p e r a n a l y z e s t h r o u g h FL UNET n u me ric a l s i mu l a t i o n s o wa r e， t h e b a s i c pr o p e r t i e s o f h e a t t r a n s f e r a n d t h e r ma l b rid g e p r o b l e ms o f t he s y s t e m Re s e a r c h s h o ws t h a t ： l i g h t we i g m c o n c r e t e p o r o u s b r i c k wall a f t e r mo di f i c a t i o n o f i n c r e a s e i n t h e r ma l r e s i s t a n c e ， t h e r ma l i n s u l a t i o n p e rfo rm a n c e i s i mp r o v e d： s e l f t h e rm a l i n s u l a t i o n i n t h e n i n e r o ws o f h o l e s l i g h t we i g h t c o n c r e t e p o r o u s b ric k wall s y s t e m， e x t e rio r a n g l e h o t b rid g e s u r f a c e p r o n e t o c o n d e ns a t i o n， i n s u l a t i o n me a s u r e s s h o u l d b e t a k e nTh e i n n e r s u rfa c e t e mp e r a t u r e o f o t h e r p a r t s o f t h e rm al b rid g e i s h i g h e r t h a n a i r d e w p o i n t t e mp e r a t u r e ， n o c o n d e n s a t i o n ph e n o me n o n Re s e arc h r e s u l t s wi l l p r o v i d e a n i mp o rta n t p r a c t i c a l v a l u e i n h e a t p r e s e r v a t i o n me a s u r e s f o r b ui l d i n g t h e rm a l b rid g e o f n i ne r o ws o f h o l e s l i g h t we i g ht c o nc r e t e p o r o u s b ric k wa l l s e l f i n s u l a t i o n s y s t e m Ke y wo r d s ： l i g h t w e i g h t c o n c r e t e p o r o u s b ri c k w all s e l f i n s u l a t i o n s y s t e m： h e a t t r a n s f e r ； n u me ri c a l s i mu l a t i o n O 前言 目前， 墙体节能保温技术一般可分为两类， 一类是复合 墙体保温系统， 另一类是墙体自保温系统_ 1 l 。前者如常见的 外墙内 外保温系统与基体的复合，一般基体墙的基础上通 过黏结、 锚固等措施将保温层置于内 外表面， 以提高墙体的 隔热保温性能。后者则是指以单一墙体材料即能满足现有 节能要求， 保温材料即墙体材料本身， 一般多应用于非承重 墙体。 基金项 目： 杭州市重大科技创新项 目( 2 0 1 0 2 O 1 3 A 0 6 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 1 1 作 者简介 ： 姚 华军， 男 ， 1 9 6 2年 生 ， 浙江杭 州人 ， 高级工程师 ， 主要从 事建筑施工技术及材料研究。地址： 杭州市体育场路5 8 0 号。 5 0 新型建筑材料 2 0 1 4 1 0 本文研究的轻质混凝土多孔砖墙体自保温系统是一类 新型的墙体自 保温系统， 由水泥砂浆砌筑轻质混凝土砖为墙 体基体， 内外表面分别辅以混合砂浆、 水泥砂浆， 必要部位辅 以耐碱网格布或镀锌钢丝网， 外表面再覆以饰面层， 使得墙 体具备良好保温隔热性能。本文通过数值模拟分析方法， 对 该系统的传热基本性能和热桥问题进行了研究。 l 传热性能研究 1 1 九排孑 L 轻质混凝土多孔砖 轻质混凝土多孔砖是以水泥、 石屑、 聚苯颗粒、 E P S 等为主 要原材料， 经振动压制成型和自 然养护或蒸汽养护而成， 具有 多排空气孔层的， 孔洞率大于3 0 的轻质混凝土砖。 本实验设计的九排孔轻质混凝土多孔砖尺寸为2 4 0 m m 2 0 0 m m x 9 0 m m ， 孔型设计见图1 ， 主要技术指标见表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 姚华军： 轻质混凝土多孔砖墙体 自保温 系统传热性能研究 图 1 九排子 L 轻质混凝土多子 L 砖的孑 L 型设计 表 l 九排子 L 轻质混凝土多子 L 砖的主要技术指标 检测结果 3 9 6l 1 3 0 7l 2 0 9l 0 5 0 0 04 5 3 0 4 5 0- 2 7 符合 GB 6 5 6 6 -2 0 1 0 建筑材料放射性核素限星 的规定 = j = 合 ( B 8 6 2 4 -2 0 1 2 建筑 材料及制 燃烧忡 能分级 的 A1 级要求 1 2 墙体传热性能试验 墒体热m试验参照G B r 1 3 4 7 5 -2 0 0 8 绝热 稳态传热性 质的测定 标定 I 防护热箱法 仃关规定进行， 试件表面温度 测定采川铜一 康铜热电偶作感濉元件，在热箱内试件表面粘 热流汁测 穿过试fl ： l i 热流通星。试验采用北京世纪建通 科技发展订限公 q -： i ： 的J W l 犁墙体保温性能检测装置， 试验装 见I Z l 2 ， 墙体试r F 见 3 。 图 2 墙体热阻测试装置 图 3 墙体热阻试验试件 通过试验检测，得到九排孔轻质混凝 I 多孔砖改性前后 墙体表面温度及热流密度随时问的变化曲线，分别见 4和 图5 。普通混凝t多孔砖与 轻质混凝 L 多孔砖 能的比较见 表 2 。 图 4 普通 混凝土多子 L 砖墙体表面 温度和热流密度 随采样 时间的变化曲线 图 5 轻质混凝土多子 L 砖 墙体表面温度和热流密度 随采样 时间变化 曲线 从图4 和图5 可以看出， 通混凝j ： 多孔砖改 P tc ) i i iY ,j ) L 排孔轻质混凝上多孔砖的传热系数为 1 0 1 w ( I I I ! K ) ，似设 内表面粉刷2 0 m m厚混合砂浆， 外表 粉刷2 0 n l 1 水泥眇 浆， 其传热系数可达到0 9 7 W ( m ! K ) 。 当所设计建筑体犁系数0 4 ，埔体热惰 指 ： 2 5 ， 铡 筋混凝七部位面积占墙体面积5 5 ( f E 定铡筋混凝 I ： 艘 j 2 4 0 砖厚度相同) 以下时， 采用2 4 0 i l l lqfl 九排孔轻质泄凝 f 彩 孔砖己符合J G J 1 3 4 i2 0 1 0 ( 夏热冬冷地I x ： J i 1 i： 处筑”1 I li e , 砹汁 N E W BUI L DI NG MATE 17 I AL S 5 l 一 一 一 一 一 一 执 抗 卜 榭 刊 E 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 姚华军： 轻质混凝土多孔砖墙体 自保温 系统传热性能研究 ( a ) 外端转角 ( ) 温度分布 ( b ) 外 墙 转 角 ( J 黼 段 分 伽 图 7 外墙转角热桥温度分布 从图7 可以看出， 外墙转角( - 9内表面最低温度出现在 钢筋混凝土柱突出外墙的部位， 外墙转角( 二) 内表面最低温 度均出现在墙角处。 由于转角两侧温度分布相同， 故对转角的 下侧一边进行分析，其墙体内表面温度随距离变化曲线如图 8 所示。 、 廷 柏 盎 位置 n m l ( b ) 外墙转角 ( 二) 图 8 9 1 t 转角部位墙体内表面温度随距离变化曲线 从图8 可以看到， 外墙转角( 一) 内表面最低温度为9 8 8 ， 外墙转角( 二) 内表面最低温度为l 0 2 l q C 。G B 5 0 1 7 6 9 3 民用建筑热工设计规范 规定， 在确定室内空气露点温度时， 居住建筑和公共建筑的室内空气相对湿度均应按6 0 采用。 查湿空气焓湿图， 空气温度 1 8 ， 相对湿度 6 0 的空气露点 温度为 1 0 1 6 q C 。 通过模拟结果比较， 外墙转角( 一) 热桥部位 内表面温度低于室内空气露点温度， 出现结露现象。 外墙转角 ( 二) 热桥部位内表面最低温度稍高于空气露点温度， 表面不 会结露。只要室内空气相对湿度稍偏高于6 0 ， 就会出现结 露的可能性。如当相对湿度 6 1 时， 空气露点温度为 1 0 4 q C ， 此时转角热桥部位内表面最低温度已低于空气露点温度， 将会出现结露。因此， 对外墙转角热桥应做好防结露措施。 2 2 2 丁字墙热桥内表面温度确定及结露分析 在室内外环境条件相同的情况下，不同构造形式的热桥 其传热性能不同。 由于居住的要求会在建筑物内砌筑内隔墙， 内隔墙与外墙就会形成丁字墙形式的热桥。同样对2 种不同 构造的丁字墙热桥进行了传热分析， 其模型见图9 ， 温度分布 见图 l 0 。 ( a )J 字墙构造 ( ) 键 如 赠 ( b )r字墙构造 ( = ： ) 图 9 丁字墙热桥模型 ( a ) 丁字墙构造 ( 一) 温度分布 N E W BUI L Df NG MAT E RI AL S 5 3 瓣 麓 翳 黧 ； l 嚣 一瘟 黧邈 繇耀 赠 艋 卿 l 嚣 嚣 嚣 _ 羹 尊 疆鹱疆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 姚 华军： 轻质混凝 土多孔砖墙体 自保温系统传热性能研究 ( b )J 墒 构造 ( 二 ) 温 艘 分布 图 1 0 丁字墙热桥温度分布 从图l 0可以看出， 与外墙转角类似， 丁字墙构造( 一) 热 桥内表面最低温度出现在钢筋混凝土柱突出外墙的部位， 丁 端构造( 二) 内表面最低温度均出 现在墙角处。对右侧进行 温度分布分析， 其墙体内表面温度随距离变化曲 线见图1 2 8 8 5 0 0 2 88 00 0 2 87 5 0 0 2 87 00 0 2 86 5 00 2 86 00 0 2 8 5 5 0 0 2 85 000 2 88 2 88 2 8 7 2 8 7 鬻 2 8 6 艋 2 8 6 2 85 2 8 5 图 1 1 丁字墙部位外墙内表面温度随距离变化曲线 从 l 1 可以看出， 丁字墙( 一) 热桥内表面最低温度出现 - 夕 l 墒 构造柱相接的角点处， 为l 2 0 6 q C ， 高于室内空气露 点温度， 农面 f 会发生结露。 丁字墙C 二 ) 热桥内表面最低温度 为l 2 4 6 ，同样高r室内葺 气露点温度，不会产生结露现 象。 2 2 3 梁部位热桥内表面温度确定及结露分析 框架结构体系中， 钢筋混凝上梁、 板在外墙占有较大的 积， 热流损失较大。 为分析九 4 1q L 轻质混凝土多孔砖墙体自 保温体系梁、 板热桥是否会发生结露现象， 选取一典型钢筋混 凝 I 梁、 板热桥进行了模拟分析， 其模型见图 1 2 ， 温度分布见 l 3 ， 外墙内表 温度随距离变化曲线见图 l 4 。 5 4 新型建筑材料 2 0 1 4 1 0 2 4 0 l獭九排孔 轻集 料混凝土保温砖 2 O l珂 n 砂浆外抹灰 疑 鬻 钢筋混凝土粱、楼牺 图 1 2 钢筋混凝土梁、 板热桥 模型 图 1 3 钢筋 混凝土梁 、 板热桥温度分布 2 8 85 0 0 2 8 8 0 0 0 2 8 7 5 0 0 2 8 7 0 0 0 2 8 6 5 0 0 2 8 6 0 0 0 2 85 5 0 0 2 85 0 0 0 2 8 4 5 0 0 图 1 4外墙 内表 面温度随距离变化曲线 通过对九排孔轻质混凝上多孔砖墙体门 保温体系梁、 板 热桥部位模拟， 其内 表面温度最低部位出现存粱中问部位， 温 度为1 1 5 6 ， 高于室内空气露点温度， 不会发生结露现象。 综上所述，在九 ：l fq L 轻质混凝土多孔砖墙体自 保温体系 中， 外墙转角热桥部位内表面容易发生结露现象， 应采取保温 措施。 其它部位热桥内表面温度高于室内空气露点温度， 不会 发生结露现象，但是否要采取保温措施还取决于热桥传热对 外墙平均传热系数的影响。 3 结语 采用F L U N E T软件数值模拟分析方法， 对九排孔轻质混 ( 卜 转第 8 0页) 一 日_目 目 I 月 mm m Eu 戳 翳聪 础 雌 “ 祀 树 衅 ” 畸 蒜 黧 - 瓣 一 x 罐 谜赠箱枯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王瀛， 等： 寒冷地区公共建筑遮阳节能方案研究 扑同定外窗自身遮系数0 7 小变， 添加可调节卷帘外 遮5 H ， 模拟结果见 4 。 、 _ 冷1 能 、 承峨 1 能 一 。 一 。 图 4添加可调节外遮阳后遮 阳系数对节能率的影响 从 4 可 ，添J J 【 _ l l J 调 卷帘式外遮阳，与 准建筑相 比， 制冷 Ti t - 能 为5 4 ， 采暖 能率为0 1 3 ， 总节能率为 1 5 2 ； 本体遮 系数0 4 卡 比， 其栏 小 能效果提高。 为 l丁 调1 外遮 - J 以 季和冬季的不 需要进行调节， 夏 辱 J 犬进 J ： 遮 ， 减小室内太l； l l 辐射得热， 从J 减小了 制冷能 牦， 时， 冬季彼晚进行保温， 人大降低外窗的传热系数， 与 单 纯降低外宵本体遮Ij 系数耷 H 比， 减少了部分采暖能耗， 从而使 建筑 体能耗 卜 降。并 特外窗的传热系数较低时， 添加卷 帘式外遮 ， r U 将外窗传热系数减小至更低水、 更有利 节 能。 此， f l I 以 数 埘比一 U 以 知， 北 寒冷地 ， 公 建筑通 使川外遮 技术代替降低外窗自 身遮阳系数以降 低建筑能耗。 蚧 。 e 3 结语 ( 1 ) 外窗遮阳系数是影响寒冷地 公共建筑能耗的一个 重要因素， 外窗本体遮阳系数具有全年恒定的特点； 而外遮阳 技术既可随时根据需要进行调节来改变综合遮系数，H时 又可在冬季增强外窗整体保温性能。 ( 2 ) 北方寒冷地区采暖能耗是制冷能耗的2 3 倍， 调节 外遮阳可有效降低采暖能耗， 进而提商了建筑 能牢。 所以在 北方寒冷地区，公 建筑适宜使用外遮阳技术代替降低外窗 一身遮阳系数来降低建筑能耗。 参考文献： 夏 建光，E j I i 浦 ， 孙 垫 n 梧 建筑 能的 ，住嘤意义和 实施途径I J l 耗及环境， 2 0 0 8( 1 9 ) ： 2 4 2 5 赵 哓萍 建筑 界 生 仑建筑外 围护 结构 究【 I ) 1 _ J ： 海 ： I _i J 济大 学 ， 2 0 0 6 【 3 I 珍珍 武汉地 区多层 办公建筑节 能 没汁研 究【 I ) I _ 武汉 ： 义理 大学， 2 0 0 8 4 黄俊鹏 e QU E S T建筑 能耗模 拟软 什的麻 川讲 ( E B O 1 1 b l i p ： wwWt o p e n e r g y o r g b b s 2 0 0 5 - 0 6 -l 9 【 5 】 侯余波， f 、 f 祥钊， 郭勇 J刳D OE 一 2程序分析建筑能耗 的1 J 靠 r E 研 究 暖通 空渊， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 3 ) ： 9 0 9 2 【 6 1 张淑秘 ， 屿大镒 ， 冉群雨 ， 等 建筑外衡对缱筑 节能 的影 响分析 l J J_ 吉林建筑工 学院学报， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 9 5 2 A ( 1 - 接 筇 5 4 ) 凝 I 多孔砖墒体门保湍体系建筑结构部位进行了传热基本 性能和热桥问题的研究。认为轻质混凝 I 多孔砖墙体保温性 能优1 = 普通 洲 混凝t多孔砖。在轻质混凝： l ： 多孔砖墙体自 保温体系中，外墙转角热桥部位内表面容易发生结露现象， 其它部化热桥内表 温度 j 室内 气露点温度， 不会发生 结露现琢。研究成 将为九排孔轻质混凝上多孔砖墙体自 保 负 人 绍 加 温体系建筑热桥部位保温措施的采取提供lr 施 指导意见。 参考文献 ： l l 】 徐洛 屹 墙 1 小材料 的评价体 系I MI 北 京： l 1 1 同建村工 、 l I 版 社 2 0 0 7 【 2 1 黄际洗 混凝 ： 砌块性能构造 t j 设Ml E 求： 机械一 I k , b 版社 8 0 新型建筑材料 2 0 1 4 1 O 装 力 介 参 5 0 5 O 5 O 醑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m