稳态条件下外保温多斜度加腋锥式混凝土砌块研究<br/>——以河北省某地级市的民生调研为个案

稳态条件下外保温多斜度加腋锥式混凝土砌块研究
——以河北省某地级市的民生调研为个案

2018-08-15王晓璐杨建林李鸿秋

海峡科技与产业 2018年3期

王晓璐杨建林李鸿秋

金陵科技学院机电工程学院，江苏南京 211169

混凝土空心砖砌体具有重量轻、施工效率高、应用方便等多方面优点，现广泛应用于民用建筑的框架结构高层建筑中。K422A混凝土空心砌块系列是国家建筑标准设计图集中已经定型的产品，其中宽度为190mm的空心砖在高层建筑和小高层建筑中广泛应用，此类型墙体的传热性能虽然也引起国内外学者的一定关注，但此这方面的研究多停留在传统的多热阻串并联计算模型上，即便有数值计算，完善的三维计算也很少见，同时对空气孔洞内的气体流速分析也很缺乏。针对这些研究的薄弱环节，本文对混凝土砌块-加腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块进行了数值计算，并进行了主辅砌块之间传热性能的对比分析。

1 计算模型与原理

1.1 计算模型

施工时砌体中砖孔洞沿铅垂方向，平行于墙壁面。如图1、图2所示，笔者按《国家建筑标准设计图集 05SG616混凝土砌块系列块型》中混凝土砌块-加腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块的尺寸[1]，结合建筑施工中实际构造，将建筑墙体中竖直分布的各层材料均考虑在内，构造了一个与实际完全一致的立体三维计算模型，建立的三维模型见图3和图4。

图1 K422A的主砌块示意图

图2 K422A的辅助砌块示意图

图3 K422A的主砌块墙体三维模型图

图4 K22A的辅助砌块示意图

1-聚合物砂浆抹面层； 2-聚氨酯保温层；

3-水泥砂浆层； 4-砖体；

5-空气层； 6-石灰砂浆层；

1.2 计算用数学物理模型与方法

空心砖砌体中空气自然对流及传热过程是三维稳态对流换热过程，满足质量守恒、动量守恒与能量守恒方程如下[2]。

砌体三维计算模型边界条件为：

根据砖体实际情况，我们将空气孔与砖体整体考虑，在空气与砖体交界部分分离出楔块旋转体体积，再采用源项协同方法生成旋转体体积网格。使用有限容积法对上述方程进行数值计算，速度压力方程求解选用SIMPLE算法，对流扩散项采用二阶迎风格式。为保证精度，迭代过程的能量松弛因子设为0.9，墙体两侧均为第三类边界条件，墙体左侧室内空气温度按取t=0℃，表面传热系数hi=8.7 W/(m2•K) ，墙体右侧室外空气温度按取t=40℃，表面传热系数hi=18.7 W/(m2•K)[3]。砌体固体材料的密度是ρ=1700kg/m3，Cp=750 J(kg•K)，导热系数λ=1.02 W/(m2•K) 。上述边界条件中未考虑孔的冷热壁面相互的辐射效应。

2 结果与讨论

2.1 数值计算结果与标准实验结果对比误差

对于图1、图2所示主砌块和辅助砌块，外保温层厚度50mm的聚氨酯板内外抹灰的砌体，计算结果是主砌块和辅助砌块的两侧平均热流密度q1=17.374 W/m2和 =17.616 W/m2，传热系数是0.434W/（m2.K）和0.440W/（m2.K），对比《国家建筑标准设计图集 05SG616混凝土砌块系列块型》中混凝土砌块-加腋锥式肋块型-K422A的主砌块与辅助砌块，外保温层厚度是50mm的聚氨酯时，传热系数K=0.471W/（m2•K），相对误差分别为和，数值计算结果与规范参数符合度较好，相对误差均不超过10%，具有较高的计算精度。

2.2 墙体温度分布

图5、图6给出了混凝土砌块-加腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块内部稳态三维等温面图。从图中可知，由于聚氨酯的保温作用，整体的温度变化主要在保温层上。肋壁内温度等值面间隔均匀，使得空洞内空气形成回流，故热侧流体等温面向冷侧弯曲，空洞底部冷侧壁面空气向热侧回流的趋势十分明显。在孔洞中心的导热方向取竖直切面（见图7、图8），切面上的温度分布被清晰标定。