泡沫玻璃节能装饰复合墙体动态传热特性研究

    要:

指出了常见的泡沫玻璃复合墙体有粘锚式和干挂式两种, 建立了两种泡沫玻璃复合墙体的传热计算模型, 计算了其传热特性, 并对非稳态工况下两种复合墙体的传热特性进行了研究, 得出了相应的结论。

作者简介: 姜硕 (1996—) , 男, 嘉兴学院建筑工程学院学生。;

收稿日期:2019-02-18

基金: 浙江省自然科学基金项目 (编号:LY18E080022); 嘉兴学院校级科研基金项目 (编号:70516003) ;嘉兴学院校级SRT重点项目 (编号:SRT2018B011);

Study on Dynamic Heat Transfer Characteristics of Foam Glass Energy-saving Decorative Composite Wall

Jiang Shuo Lü Liugen Wang Shanmei Zhao Ziwen Yang Feihong Chen Jiaqi Yu Lulu Wei Minghui

School of Civil Engineering and Architecture, Jiaxing University

Abstract:

There are two common types of foam glass composite wall: sticky anchor type and dry hanging type. In this paper, a heat transfer calculation model of two types of foam glass composite wall is established, which is used to calculate heat transfer characteristics.And the heat transfer characteristics of the two types of composite wall under unsteady state conditions are studied.

 

Received: 2019-02-18

 

1 引言

外墙在整个围护结构中占有面积最大, 消耗能量比例也较大, 因此, 外墙保温是实现节能的一种重要方式。外墙保温方式有很多, 保温装饰墙体既具保温性能, 又有装饰效果, 受到越来越多的关注。泡沫玻璃具有保温、隔燃、吸声等优势, 应用越来越多[1,2,3,4]。泡沫玻璃保温装饰复合墙体动态传热特性, 对保温装饰复合墙体的节能研究具有重要意义。

常见的泡沫玻璃复合墙体有粘锚式和干挂式两种, 本文针对两种泡沫玻璃复合墙体, 计算其传热性能, 并对非稳态工况下两种复合墙体的节能特性进行研究。

2 传热系数的计算

2.1 传热系数计算方法

墙体结构热阻可分为单层材料热阻、多层材料热阻、组合壁热阻以及构造中带封闭空气间层墙体的热阻。因此, 在数值上, 墙体的传热阻等于传热过程中热流沿途所受到的阻力之和Ra, 即:

Ra=Ri+∑Rn+Re (1)

式 (1) 中:Ri—墙体内表面换热阻, m2·K/W;∑Rn—墙体结构的热阻, m2·K/W;Re—墙体外表面换热阻, m2·K/W。

单层材料的热阻计算公式:

R=δλ(2)

式 (2) 中:R—单层材料的热阻, m2·K/W;δ—材料层的厚度, m;λ—材料的导热系数, W/ (m·K) 。

墙体传热系数按K=1/Ra计算得出。

2.2 墙体内外表面换热阻

根据墙体表面状况和环境条件直接采用《民用建筑热工设计规范》推荐的数据, 夏季墙面的内表面换热阻Ri为0.11 m2·K/W, 外表面换热阻Re为0.04 m2·K/W[2]。干挂式和粘锚式墙体材料如表1和表2所示, 其构造图见图1和图2。

3 墙体传热计算结果及分析

3.1 室内外参数选取

根据GB 50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中上海的夏季外墙逐时冷负荷计算温度作为室外温度 (1型外墙朝向南) [3], 如表3所示。夏季室内空调计算温度为26 ℃。

干挂式墙体材料的热物性参数 导出到EXCEL

 

 


组成
材料 厚度/mm 导热系数/[W/ (m·K) ] 热阻/ (m2·K/W)

基层墙体
混凝土 200 1.8 0.1111

粘结层
聚合物改性粘结砂浆 3 0.96 0.0031

空气层
20 0.125 0.16

保护层
涂料系统 聚合物抗裂砂浆 5 0.93 0.0054
    耐碱玻璃纤维网格布 1 0.029 0.0345
    弹性底涂 5 0.93 0.0054
  面砖系统 聚合物抗裂砂浆 5 0.93 0.0054
    锚固热镀锌电焊网 2 76.2 0
    水泥砂浆 5 0.93 0.0054

饰面层
涂料系统 柔性防水腻子+涂料 2 1.5 0.002
  面砖系统 粘结砂浆 5 0.96 0.0052
    面砖 5 1.99 0.0025
 

 

 

粘锚式墙体材料的热物性参数 导出到EXCEL

 

 


组成
材料 厚度/mm 导热系数/[W/ (m·K) ] 热阻/ (m2·K/W)

基层墙体
混凝土 200 1.8 0.1111

粘结层
聚合物改性粘结砂浆 3 0.96 0.0031

保护层
涂料系统 聚合物抗裂砂浆 5 0.93 0.0054
    耐碱玻璃纤维网格布 1 0.029 0.0345
    弹性底涂 5 0.93 0.0054
  面砖系统 聚合物抗裂砂浆 5 0.93 0.0054
    锚固热镀锌电焊网 2 76.2 0
    水泥砂浆 5 0.93 0.0054

饰面层
涂料系统 柔性防水腻子+涂料 2 1.5 0.002
  面砖系统 粘结砂浆 5 0.96 0.0052
    面砖 5 1.99 0.0025

泡沫玻璃厚度δp分别取0 mm、10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm,

导热系数/[W/ (m·K) ]
20 30 40 50 60

厚度/mm
0.4878 0.7317 0.9756 1.2195 1.4634
 

 

 

图1 粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统构造

粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统构造   下载原图

 

图2 干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统构造

干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统构造   下载原图

 

上海夏季外墙逐时冷负荷计算温度 导出到EXCEL

 

 


时刻
1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

室外温度/℃
34.4 34 33.7 33.5 33.2 32.9 32.7 32.5

时刻
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

室外温度/℃
32.4 32.3 32.3 32.5 32.8 33.1 33.6 34

时刻
17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

室外温度/℃
34.4 34.7 34.9 35.1 35.1 35.1 35 36.4
 

 

 

3.2 非稳态条件下单位面积墙体热流密度计算

墙体传热系数k, 室内设计温度为Ti, 墙体外表面温度为To, 忽略墙体外表面与其他事物的互相热辐射和对流换热的影响。单位面积墙体热流密度q的表达式为:

q=k (To-Ti) (3)

式 (3) 中:R—单层材料的热阻, m2·K/W;δ—材料层的厚度, m;λ—材料的导热系数, W/ (m·K) 。

泡沫玻璃厚度δp分别取20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm, 以比较不同厚度泡沫玻璃对墙体在非稳态条件下整体热流密度的影响。

图3和图4分别表示粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统和干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统在设定条件下的热流密度曲线。

计算结果表明, 在粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统和干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统中, 当泡沫玻璃材料厚度分别选取20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm时, 系统的瞬时热流密度发生明显变化。其中, 当泡沫玻璃层由20 mm增加为30 mm时, 系统的热流密度变化最为明显, 粘锚式中平均增长42.5%, 干挂式中平均增长33.2%。

图3 粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统热流密度曲线

粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统热流密度曲线   下载原图

 

图4 干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统热流密度曲线

干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统热流密度曲线   下载原图

 

4 结语

本文以粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统和干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统两种复合墙体为研究对象, 通过理论计算的方法对两种复合墙体的传热特性进行了计算, 并对非稳态工况下两种复合墙体的节能特性进行了研究。分析计算结果得出了以下结论。

(1) 墙体中使用泡沫玻璃对于提高墙体的保温节能性能具有重要作用, 因此研究泡沫玻璃建筑外墙外保温系统的传热特性具有现实意义。

(2) 干挂式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统存在空气层, 使得它的保温性能明显优于粘锚式泡沫玻璃建筑外墙外保温系统。

(3) 两种复合墙体中, 最经济的泡沫玻璃厚度大约为30 mm, 此时获得最优的节能保温效果, 同时节省泡沫玻璃材料用量。



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