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1、自保温空心砖传热性能研究,2014年06月,目录,研究背景空心砖传热介绍空心砖保温性能模拟分析分析及结论,研究背景,随着建筑规模的扩大，建筑能耗在能源总消耗中占的比例越来越大,研究背景,建筑能耗中包含巨大的能量损失建筑围护结构的热损失大约占总损失的77%大约59%的热损失是墙体保温性能差造成,研究背景,降低建筑能耗的措施之一是提高墙体的保温隔热能力目前，墙体的保温技术主要有内保温技术、外保温技术、自保温技术（空心砖的自保温技术）依据这些技术出现了内保温复合墙体、外保温复合墙体、空心砖自保温墙体内保温和外保温复合墙体存在很多问题，现在建筑中常见的是空心砖自保温墙体,研究背景,空心砖自保温墙体通过
2、提高自身保温性能，来满足建筑节能标准规定的热工参数要求它具有以下优点：（1）消除火灾隐患（2）缩短工期（3）与建筑物具有相同寿命（4）降低建筑成本 总之，空心砖自保温墙体在防火安全、使用安全、施工难易程度、经济性、耐久性等方面都有显著的优势。应用这种墙体对提高工程质量、降低建筑能耗具有重要意义,空心砖的类型,空心砖是以以页岩、粘土等材料作为主要原料，经过原料的处理、成型、烧结而制成 的砖体空心砖内有大量的空气，热量的传递是通过介质实现的，砖内空心部分大量空气可以有效的阻止热量的传递，具有良好的保温性能空心砖分为以下几种类型：,页岩空心砖 以页岩为主体，以煤矸石为辅材，用水泥作为粘和物质，通过机
3、械加压而制成的建筑材料，称为页岩空心砖烧结空心砖（又称多孔砖）用页岩、粉煤灰和煤矸石作为主要材料，烧结成具有竖向孔洞的建筑材料，其孔洞率一般大于25%，且孔洞的尺寸小、数量多 粘土空心砖 顾名思义，粘土空心砖是以粘土为主要原料，并在砖体上、下断面间各设置一条贯穿整砖厚度的矩形通孔的砖型。该砖型设计受力面积大，整体强度高，制作工艺简单，且新颖合理，具有十分客观的社会和经济效益,空心砖的类型,免烧空心砖 它是一种规格型号等与普通空心砖相近，但不用烧结成型，而是用机器直接压制成型的空心砖 玻璃空心砖 顾名思义，玻璃空心砖首先是由玻璃制成的空心的砖型，它由两块半坯在高温下熔接而成。它具有很多优点，例如
4、有隔音、透光、导热率低、保温、强度高、防潮、抗腐蚀等优点，因此它是优点十分突出的砖型,空心砖的类型,空心砖的类型,空心砖的传热过程,空心砖内空气夹层的传热过程：空气夹层的传热量共由三部分来组成，空气自身导热量、夹层内空气与边界面之间的自然对流换热量、夹层两壁面之间进行的辐射换热量 空气夹层的导热 夹层中空气的导热系数只要取决于空气的温度。而导热系数的一般计算方法是由内部空气的定性温度来确定的，其中定性温度又由夹层两个壁面的温度来确定，计算公式如下：,-空气夹层壁面的温度（）；-空气夹层中的另一壁面的温度（）由计算得到的 值，查表可得 的值空气夹层的对流换热在有限空间内的对流换热强度，与夹层的厚
5、度、形状、位置与密闭性等因素有关,空心砖的传热过程,在垂直空气夹层中，夹层两边界的温度不同引起边界面周围的空气的密度不同，热边界面周围的空气上升，冷边界面周围的空气下降，形成上升的气流和下降的气流，这是孔洞内空气与壁面对流换热的动力空气夹层的辐射换热 空心砖内部的空气夹层光学厚度非常小，可以看作为透明气体，因而可以忽略以空气为介质的辐射换热 空心砖内部的辐射换热量只与其内壁固体的材料的辐射性能和温度有关,空心砖的传热过程,空心砖的传热过程 通过单层平壁的传热过程如下图所示,空心砖的传热过程,传热量和传热系数可表示为：,空心砖的传热过程,空心砖的传热属于多层平壁的传热过程，则其传热量和传热系数应
6、该为：,空心砖的传热过程,空心砖保温性能模拟分析,几种常见的空心砖孔洞方式如下图，其中包括一排、两排、三排孔的空心砖，也包括孔洞整齐排列和交错排列的空心砖 A型 B型,C型D型E型,空心砖保温性能模拟分析,空心砖保温性能的主要影响因素（1）空心砖的孔洞尺寸（2）空心砖的孔洞排列方式（3）孔洞的排数和列数（4）空心砖的孔洞率（5）空心砖的材料类型（6）空心砖的砌筑方法通过Fluent软件模拟，得出各种孔洞类型的空心砖的温度场，比较以上各种因素对空心砖保温性能的影响程度，最后得出最优类型的空心砖,空心砖保温性能模拟分析,空心砖示意图在一个墙的体系中，作为研究对象的空心砖左右有与其完全相同的空心砖，
7、因此分别设定研究对象的左右两个边满足第二类边界条件，为绝热界面，空心砖的另外两个面为墙体的内外壁面，满足第三类边界条件。,空心砖保温性能模拟分析,空心砖保温性能模拟分析,用Gambit软件建立计算模型划分网格 孔内流体域：结构化四面体网格（更易收敛、结果更精确）计算域 外部固体域：三角形网格 不同孔洞形式的网格划分如下图：,空心砖保温性能模拟分析,基本步骤,将Gambit软件建立的计算模型，导入到Fluent软件中，输入相关材料参数，设置边界条件：左右边界为绝热面（假设第二类边界条件中热 流为0W/m2K），上侧为室外侧，温度为308K，h取23w/m2K,下侧为室内侧,温度为288K，h取8
8、.7w/m2K,假设孔内空气满足boussinseq假设,孔壁为气固接触面,设为耦合边界,温度分布图,A型,B型,C型D型,温度分布图,E型,温度分布图,通过计算，可以得出不同孔洞类型的空心砖的传热热流量、传热系数和热阻值如下表,分析及结论,分析及结论,通过计算结果可以看到在考虑对流换热的情况下：B型空心砖的热阻值比A型的高出16.8%，说明小孔洞空心砖比大孔洞空心砖的保温性能好。D型空心砖的热阻值比C型的高出1.8%，说明孔洞交错排列的空心砖比孔洞整齐排列的空心砖保温性能好。E型空心砖的热阻值比D型的高出16.8%，说明三排孔洞的空心砖比两排孔洞的空心砖保温性能好。,分析及结论,综合比较，在实际情况下考虑到对流换热对保温性能的影响，小孔洞空心砖比大孔洞空心砖的保温性能要好，孔洞交错排列的空心砖保温性能又好于孔洞整齐排列的空心砖，多排孔洞空心砖的保温性能好于两排孔洞的空心砖。故在实际选择时应该根据实际情况选择多排且交错排列的小孔洞空心砖，以便达到更好的保温隔热效果。,谢 谢！,
