棉花秸秆草砖墙热工性能研究

史阳光，冯勇（新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐　830052）



棉花秸秆草砖墙热工性能研究

史阳光，冯勇
（新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐830052）

摘要：以棉花秸秆草砖墙为研究对象，用热流计法现场测试了墙体的传热系数，符合严寒和寒冷地区墙体节能设计标准，并计算出棉花秸秆草砖的导热系数，符合保温材料的要求。与传统的墙体材料进行对比分析，得出棉花秸秆草砖具有高节能、零排放、天然可再生、价格低廉、减少结构自重、增加室内空间的优点。棉花秸秆草砖可以作为墙体材料推广使用，为北方农村墙体材料的选取提供参考。

关键词：棉花秸秆草砖；热工性能；传热系数；保温隔热；热流计法

0　引言

我国是农业大国，秸秆资源丰富，根据新疆现状及目前在国内外正在推广利用稻草、小麦秸秆建造节能草砖房的成功经验，并结合新疆特色、因地制宜将棉花秸秆应用于新疆农村地区建房，提高农村住房的保温性能，节约冬季采暖燃煤和家庭开支，减少固体废弃物、二氧化碳和二氧化硫等有害气体排放量，具有较好的理论研究意义和社会应用推广价值。在项目组前期付彬彬等[1-4]制作棉花秸秆草砖，测试了在不同受压方式下的力学性能和防火性能。在棉花秸秆草砖房的施工技术的研究基础上，本文进一步研究棉花秸秆草砖墙的热工性能。棉花秸秆草砖房建在石河子121团，棉花秸秆草砖和墙体见图1。

图1　棉花秸秆草砖和墙体

1　棉花秸秆草砖墙的热工性能测试

1.1测试方法与原理

目前，在围护结构传热系数的现场检测中，国内外主要采用以下3种方法：热流计法、热箱法和红外热像仪法[5]。其中热流计法是现场检测墙体传热系数最常用的方法。实验原理为：在稳定的温度场中，通过单层平壁的热流强度与平壁冷、热侧表面温度差成正比，其比例系数即为构件的传热系数[6]。然后根据式（1）～式（3）分别计算被测墙体的热阻、传热阻和传热系数。

t2、t1——室内、外墙体温度，K；

E——热流计读数，mV；

C——热流计的侧头系数，W/（m2·mV）；

R0——被测墙体的传热阻，（m2·K）/W；

Ri、Re——墙体内、外表面换热阻，（m2·K）/W；

K——传热系数，W/（m2·K）。

从式（3）可以看出，热阻越大，墙体的传热系数越小。根据传热系数定义即在稳态条件下，围护结构两侧空气温差为1 K，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量[7]。说明热阻越大，传热系数越小墙体的保温隔热性能就越好。

1.2仪器设备及辅助材料

适应症问题是COPD初始治疗时常见的DRPs，初始给药方案确定后例行的MTR有助解决此类问题，但其有效性依赖于患者能否提供其使用的全部药物，尤其是非处方药物、保健品和膳食补充剂等医生无法提供的信息，这对药师在MTR过程中的沟通能力提出了很高的要求。有效的MTR要求药师准确评价患者健康认知力、提高药师沟通及书写技巧，从而提高患者自我管理的能力[26]。

热流计、温度传感器和R70B数据采集仪；黄油、胶带等。

1.3测点布置及测试步骤

（1）将墙体表面处理干净，并且保证墙体表面平整，以方便热电偶和热流计片能够很好的粘贴。

（2）用黄油粘贴热流计片，并布置在墙体内侧，且墙体为北侧墙体，热流计片距地面1.5m，与热流计片紧连的约100 mm长的引线紧贴在墙体上并用胶带粘贴，室内2个热电偶布置在热流计片两侧，然后在室外相对位置布置热电偶（见图2），分别取室内热电偶平均值与室外热电偶平均值作为墙体内外表面温度。为了保证墙体传热系数具有代表性，在棉花秸秆草砖墙体上布置3个测点。

图2　室内热流计片和室外温度传感器的布置

（3）将预先编号的热流计片和温度传感器分别对应地连接在数据采集仪上。

（4）打开数据采集仪，确保采集仪正常工作。设置采集间隔时间30min采集1次。随时对某段时间采集的数据进行传热系数的计算，观察传热系数的变化情况，待传热系数稳定后且连续2个时间段的误差＜5%时，实验结束。

1.4测试结果

经过2 d的测试，得出棉花秸秆草砖墙3个测点的传热系数分别为0.287、0.304和0.312W/（m2·K），取算术平均值作为墙体的传热系数，结果为0.301W/（m2·K）。测试的室内、外温度变化和传热系数变化分别见图3、图4，图中的“时间点”表示11：47取为时间点1，然后每经过0.5 h取1个时间点。

图3　室内外温度变化

图4　室内外传热系数变化

从图4可以看出，随着时间的变化，传热系数变化幅度越来越小，逐渐趋于一条直线，传热系数达到稳定值。3个测点的传热系数之所以略有差异，是由于棉花秸秆在压制成砖的过程中，秸秆间的间隙不同，这样就造成了棉花秸秆草砖成型后不能保证孔隙率相同，另外，秸秆内部空腔的闭合孔隙率也不相同，这样就导致了传热系数的不同。

棉花秸秆草砖的导热系数为0.096W/（m·K），符合JJ 26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》要求。

棉花秸秆草砖墙体的传热系数与JJ26—2010规定的严寒和寒冷地区3层以下房屋的外墙传热系数限值进行对比见表1。

表1　严寒与寒冷地区3层以下外墙传热系数限值

从表1可以看出，棉花秸秆草砖墙体的传热系数符合JJ 26—2010规范要求，可以在严寒和寒冷地区大面积推广应用。

2　棉花秸秆草砖墙与其它墙体热工性能的对比

将围护结构中常用的几种墙体与棉花秸秆草砖墙进行传热系数对比，结果见表2。

表2　不同材料的墙体传热系数对比

从表2可以看出，实心黏土砖墙的传热系数最大，棉花秸秆草砖墙的传热系数最小。在相同墙体厚度的情况下，棉花秸秆草砖具有良好的保温隔热性能，而且可以作为墙体自保温材料。从经济上来讲，棉花秸秆草砖所用的原材料是废弃的棉花秸秆，用压力机压制成型即可，与其它墙体材料对比节省成本。在节能设计方面，棉花秸秆草砖墙不需要做保温就能达到节能设计的要求，不需要像其它墙体那样加保温层。从房屋空间上来讲，其它墙体要达到棉花秸秆草砖具有的保温效果，就需要增加墙体厚度或保温层厚度，棉花秸秆草砖墙可以增加室内活动空间。从施工速度上来讲，棉花秸秆草砖的体积比传统的墙体材料要大，可以提高施工速度。从结构自重上来讲，棉花秸秆草砖密度较小仅为182.3 kg/m3，可以减轻结构自重。从资源方面来讲，棉花秸秆草砖具有变废为宝，节约资源的特点。

3　结语

（1）棉花秸秆草砖的导热系数为0.096W/（m·K），符合JJ 26—2010的要求，可以作为墙体自保温材料推广应用。

（2）棉花秸秆草砖墙的传热系数为0.30W/（m2·K），比常用墙体的传热系数小，具有良好的保温隔热性能，且符合严寒和寒冷地区3层以下房屋墙体节能设计标准要求。

（3）棉花秸秆草砖墙3个测点的传热系数略有不同是由于棉花秸秆在压制的过程中秸秆空隙间距不同，但传热系数差别很小，与平均值相比误差为3%，在误差允许范围之内。

（4）棉花秸秆草砖具有就地取材、砌筑速度快、质量轻、造价低廉、保温隔热、加大室内活动空间、变废为宝、节约资源、保护环境等优点，在广大农村地区推广使用有着较好的前景。

参考文献：

[1]付彬彬，冯勇，晋强.两种密度棉花秸秆草砖在不同受压方式下的力学性能试验研究[J].新疆农业大学学报，2014，37（3）：236-239.

[2]付彬彬，冯勇，晋强.棉花秸秆草砖墙体耐火性的试验研究[J].水利与建筑工程学报，2014（5）：150-153.

[3]晋强，冯勇，陈亮亮.棉花秸秆草砖力学性能试验研究[J].新型建筑材料，2014（4）：51-54.

[4]史阳光，冯勇，晋强.棉花秸秆草砖房施工技术研究[J].混凝土与水泥制品，2015（5）：75-77.

[5]张艳，冉茂宇.利用“实时标定”检测方法测围护结构传热系数[C]//中国建筑学会建筑物理分会.2007全国建筑环境与建筑节能学术会议，成都，2007：267-271.

[6]柳孝图.建筑物理[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[7]胡吉士，方子晋.建筑节能与设计方法[M].北京：中国计划出版社，2005.

Study on thermal performance of cotton straw brick

SHI Yangguang，FENG Yong
（College of Water Conservancy and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

Abstract：In this paper，the heat transfer coefficient of the wall was measured by heat flow meter method，meeting the design standard of wall energy saving in severe cold and cold zones，and the heat conduction coefficient of cotton straw brick was calculated，and compared with the traditional wall material，and the advantages of high efficiency，zero emission，natural regeneration，low structure weight and increasing indoor space were obtained.Cotton straw brick can be popularized as wall materials，opening a new door for the selection of wall materials in the countryside for the north of China.

Key words：cotton straw brick，thermal performance，heat transfer coefficient，thermal insulation，heat flow meter method

作者简介：史阳光，男，1990年生，河南周口人，硕士研究生，研究方向为新型建筑材料。地址：乌鲁木齐市沙依巴克区农大东路311号，E-mail：1249140317@qq.com。

收稿日期：2015-09-30

基金项目：国家自然科学基金项目（51268056）

中图分类号：TU522.1；TU502

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）01-0043-03