混凝土空心砌塊墻體熱傳遞性能研究

混凝土空心砌塊墻體熱傳遞性能研究

混凝土空心砌塊是世界上受歡迎的新型建筑材料。它具有節(jié)約土、節(jié)能、高科技、施工方便、生產(chǎn)工藝簡單等特點。但是普通單、雙排孔混凝土空心砌塊墻體熱工性能達不到目前建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求,其主要問題是墻體的熱阻值過低。研究資料表明:190mm厚單排孔混凝土空心砌塊墻體的熱阻值,僅相當(dāng)于140mm當(dāng)量的粘土磚墻;190mm厚雙排孔混凝土空心砌塊墻體的熱阻值,僅相當(dāng)于200mm當(dāng)量的粘土磚墻。本文通過對不同塊型和砌筑灰縫形式的混凝土空心砌塊墻體傳熱阻的測試,分析混凝土空心砌塊墻體的熱傳遞方式,找出影響墻體熱工性能的主要因素,提出經(jīng)濟有效改善混凝土空心砌塊墻體熱工性能的措施。1混凝土空心斑塊墻體保溫隔熱劑的研制研究傳熱過程是由導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射3種基本形式組成,傳熱現(xiàn)象無處不在,存在溫差就會出現(xiàn)傳熱。在混凝土空心砌塊墻體中,生產(chǎn)砌塊的原料主要是碎石混凝土,其導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W/m.k,是普通粘土磚導(dǎo)熱系數(shù)的兩倍。由于受力的需要,混凝土砌塊必須有一定寬度的壁肋,這就形成了熱流密集的通道,即所謂的“熱橋”,同時孔洞中的空氣在冷熱面溫差作用下產(chǎn)生對流。所以普通的混凝土空心砌塊雖然有很大的空洞率,但其保溫隔熱效果并不好?；炷量招钠鰤K墻體的熱工性能,包含砌筑砂漿在內(nèi)(不含兩側(cè)抹灰層),由混凝土壁肋、孔洞和砌筑砂漿部分決定,一般用熱阻R和熱惰性指標(biāo)D表示。它不僅取決于砌塊材料本身的熱工性能,還與砌塊的尺寸、孔洞排數(shù)、排列方式及灰縫砌筑砂漿有很大的關(guān)系,所以要改善混凝土空心砌塊的熱工性能,最經(jīng)濟有效的途徑是改進塊型及砌筑灰縫。本研究通過對不同塊型(尺寸、孔洞排數(shù)、排列方式)混凝土空心砌塊墻體傳熱阻的試驗和分析,綜合考慮混凝土空心砌塊的強度、防水性能、生產(chǎn)工藝、施工操作等因素,提出保溫隔熱效果較優(yōu)的混凝土空心砌塊新塊型。其次在混凝土空心砌塊墻體砌筑灰縫中設(shè)置適當(dāng)?shù)目諝忾g層,通過灰縫處熱阻及傳熱系數(shù)測試和紅外熱像儀來綜合檢驗該措施在解決混凝土空心砌塊墻體灰縫“熱橋”作用中的效果。2不同塊混凝土空心塊的冷熱性能試驗2.1墻體傳熱系數(shù)和熱阻檢測在豐澤區(qū)新安江新型建筑材料廠加工成型四種塊型的混凝土空心砌塊如圖1、圖2、圖3、圖6所示,經(jīng)養(yǎng)護后送至華僑大學(xué)土木工程學(xué)院建材試驗室砌成1.4m×1.4m的墻體,采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑節(jié)能儀表研究室研制生產(chǎn)的BES-D熱箱式圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測裝置測試墻體的傳熱系數(shù)和熱阻,如圖4。2.2墻體溫度測試將樣品砌塊砌筑在恒溫實驗室內(nèi),由于試驗墻體含濕量的大小會對其熱工性能造成影響,墻體砌筑完成后放置7d,用電風(fēng)扇吹風(fēng)至砌塊干燥后方進行測試。用巖棉材料填實與熱箱間的縫隙;布置墻體內(nèi)外表面的溫度測點,每個表面布置9個測點;將熱箱溫度設(shè)置在40.8℃左右,環(huán)境溫度恒定在20±0.5℃。達到穩(wěn)定后,用溫度巡檢儀記錄表面溫度數(shù)據(jù),檢測儀根據(jù)實時測量的溫度、熱流密度自動計算出墻體傳熱阻。3試驗結(jié)果及分析3.1心空心磚的熱阻表1列出(290mm×180mm×190mm)規(guī)格尺寸的單排孔(圖1)、雙排孔(圖2)、三排孔(圖3)三種不同塊型砌塊墻體熱阻的測試結(jié)果,可以看出混凝土空心砌塊的熱阻與其孔洞的排列數(shù)有關(guān),相同配合比的砌塊,單排孔砌塊的熱阻最小,為0.2m2.K/W,隨著孔洞排列數(shù)增多,熱阻增加。三排孔砌塊空心率只有30%～40%,但其保溫隔熱性卻顯著提高,其熱阻值為0.45m2.K/W,相比較而言,砌塊熱阻增加了125%。因此,在滿足砌塊的壁肋厚生產(chǎn)工藝要求的前提下,增加孔洞排列數(shù),有助于增強混凝土空心砌塊的保溫隔熱性能。3.2空心斑塊厚度對墻體熱阻的影響普通混凝土熱阻要遠小于空氣層的熱阻,而空氣層的熱阻與其厚度有關(guān),因此增加空氣層或空氣層厚度可提高混凝土空心砌塊的熱阻。通過對(290mm×180mm×190mm)規(guī)格尺寸的三排孔(厚,圖3)和三排孔(薄,圖6)兩種相同配合比、不同壁厚(不同空氣間層厚度)砌塊熱阻對比試驗,從表2可以看出:當(dāng)砌塊壁肋厚由28mm減少至19mm,空氣間層厚度(孔寬)由23mm增加到36mm時,砌塊墻體傳熱阻有大幅度的提高,墻體平均熱阻由0.45m2.K/W增加到0.58m2.K/W,增加了29%。研究表明:用空氣作空心砌塊的保溫隔熱層有其一定的規(guī)律性,并不像其它材料那樣隨著厚度增加而線性增加,當(dāng)空氣層的厚度超過40mm時,其熱阻值增加極少。圖5中示出了空氣層熱阻與其厚度的關(guān)系。值得注意的是,為滿足受力需要,抵消因砌塊壁肋厚度減少帶來的砌塊強度降低的影響,需大幅度提高混凝土砌塊的水泥用量,從而使得砌塊密實度增加,這有益于提高砌塊外墻的抗?jié)B性。當(dāng)然提高水泥用量會導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高,因此就生產(chǎn)應(yīng)用而言,確定砌塊的壁肋厚度應(yīng)綜合考慮砌塊強度、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)成本、施工和熱工性能等方面。3.3利用空氣之間的層減小灰裂縫的“熱橋”功能采用紅外熱成像儀對砌塊墻體溫度進行檢測,圖7示出砌筑灰縫處溫度比砌塊處高2～3℃,灰縫處是傳熱的“熱橋”。3.3.1豎向灰縫的熱阻測試采用180三排孔砌塊(薄,圖6)進行測試,該砌塊頂面開口,砌墻后在豎向灰縫中間形成36mm厚的空氣間層(圖8),在墻體豎向灰縫處布置熱流計和溫度測點,測試結(jié)果(表3):豎向灰縫處傳熱系數(shù)2.32W/(m2?K),熱阻0.277m2·K/W;而相對應(yīng)利用180雙排孔砌塊墻體(圖2)進行測試,該砌塊不帶頂面開口,測試結(jié)果(表3):豎向砌筑灰縫灰縫處傳熱系數(shù)2.88W/(m2?K),熱阻0.196m2?K/W。試驗表明:在砌塊頂面設(shè)置開口孔,利用空氣間層提高豎向灰縫處的熱阻,可以起到部分阻斷豎向砌筑灰縫熱橋效應(yīng)的作用。3.3.2熱阻檢測結(jié)果同樣的在水平灰縫中引入空氣間層,利用空氣間層增加砌筑灰縫處熱阻也是可行的。試驗分別砌筑了兩片試驗墻,一為水平灰縫砂漿不滿鋪,留置出凹槽(圖9),另一是水平灰縫砂漿滿鋪。在水平灰縫處布置熱流計和溫度測點,檢測結(jié)果為(表4):留置凹槽的試驗墻體,水平灰縫處傳熱系數(shù)為1.723W/(m2?K),熱阻為0.437m2?K/w;而水平灰縫砂漿滿鋪的試驗墻體,水平灰縫處傳熱系數(shù)為1.851W/(m2?K),熱阻為0.391m2?K/w。試驗結(jié)果表明,在水平灰縫處設(shè)置空氣間層可以提高水平灰縫處的熱阻,起到部分阻斷水平灰縫“熱橋”效應(yīng)的作用。從紅外熱像儀檢測出的溫度值比較圖也可以看出,留置水平灰縫凹槽的墻體,灰縫溫度值比未留置凹槽的墻體低,說明灰縫留置空氣層對于降低墻體內(nèi)表面溫度是有利的。4空氣間層缺失熱阻(1)增加砌塊孔洞排數(shù),以孔來隔斷肋壁“熱橋”,延長混凝土空心砌塊的熱流路線;適當(dāng)減小孔壁厚度,增大孔洞厚度,利用空氣間層