基于三维稳态传热模拟的自保温系统热工性能研究

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墙体自保温系统具有耐久性耐候性良好,防火性能佳,施工便捷,综合经济效益好等优点,已成为我国夏热冬冷地区外墙保温系统的主要发展方向之一。在我国全面推进建筑节能工作的背景下,开展自保温系统的热工性能研究对于支持建筑节能技术的进一步发展有着基础且重要的意义。目前对于自保温系统的研究主要集中于自保温墙体材料和单一形式热桥方面的研究,从整体系统层面开展的研究相对较少。本文以三维稳态传热模拟分析为技术手段,对自保温系统热工性能的影响因素及影响规律进行研究。各种形式热桥直接影响自保温系统墙体的热工性能。在不同的开窗和开间情况下,热桥占外墙的比例将发生变化,不同热桥之间也可能相互影响。本文建立了建筑外墙传热模拟模型,并以夏热冬冷地区杭州的气候数据为边界条件,使用ANSYS热分析模块对计算模型进行三维稳态传热模拟,分析了房间开间宽度及窗墙比对外墙平均传热系数的影响规律。保温性能良好的砌体是自保温体系的主要构成部分。本文分析了砌体导热系数对自保温系统的墙体平均传热系数的影响,以及砌体导热系数对自保温系统墙体的温度、热流分布情况的影响。此外,还进一步研究了砌体中砌筑砂浆对砌体平均导热系数的影响,以及对砌体中温度、热流分布情况的影响。多孔砌块是自保温块材中应用较广的一种块材,且多孔砌块的热工性能随其孔型不同而差异较大。本文使用Fluent软件对多孔砌块的传热过程进行模拟,综合考虑多孔砌块中的导热、对流及辐射换热,研究了多孔砖的孔洞形状、孔洞行列数、孔肋宽度、孔洞排列方式及砌块材料导热系数对多孔砖整体热工性能的影响。在此基础上总结了多孔砌块的孔型优化原则,并按此原则提出了孔型优化方案。最后,本文以夏热冬冷地区常见的蒸压加气混凝土砌块自保温系统和烧结页岩多孔砌块自保温系统为例,综合考虑砌筑砂浆热工性能、自保温砌块热工性能、结构性热桥等因素,以三维传热稳态模拟结果为依据,计算了两种自保温系统在不同窗墙比、不同开间宽度下的墙体平均传热系数,并将计算结果与夏热冬冷地区建筑节能规范限值对比,以期为建筑热工设计人员提供参考。
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