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粉煤灰加气混凝土墙体温度及节能效应研究




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同理,我们可以计算出同厚度的煤矸石烧结空心砖的传热系数k=1.87W/(m2?K),

因此无论粘土实心砖或者煤矸石烧结空心砖作为的建筑围护结构时的传热系数远远大于蒸压粉煤灰加气混凝土墙体,同时这两种材料作为围护结构的传热系数满足不了《夏热冬冷地区的居住建筑设计标准》与《公共建筑节能设计标准》的要求。通过节能试验房的测试,如图5-1所示。在同样的条件,由加气混凝土墙体与粘土实心砖墙体分别建成的试验房,得到加气混凝土墙体的试验房比粘土实心砖、煤矸石空心砌块、墙体的试验房的节能率都要高。

图5-1节能试验房

5.3.2加气混凝土墙体节能实例

分对居住建筑与公共建筑的外墙围护结构分别采用加气混凝土砌块与粘土多孔砖,进行有PKPM节能软件分析建筑能耗。某六层居住建筑的平面图如图5-2所示,某4层公共建筑的平面图如图5-3所示。


对其居住建筑采用加气混凝土砌块做为外墙围护结构的建筑构造与其传热系数值如图5-4所示,相对应的采用粘土多孔砖做为外墙围护结构的建筑构造与其传热系数值如图5-5所示。同时公共建筑采用加气混凝土砌块做为外墙围护结构的建筑构造与其传热系数值如图5-6所示,相对应的采用粘土多孔砖做为外墙围护结构的建筑构造与其传热系数值如图5-7所示。

通过PKPM节能软件计算得到,居住建筑部分采用加气混凝土砌块作为外墙围护的冬季采暖耗能量及夏季空调耗能量分别如图5-8、5-9所示,相应采用粘土多孔砖的冬季采暖耗能量及夏季空调耗能量分别如图5-10、5-11所示。

图5-11居住建筑粘土多孔砖外墙围护结构夏季能耗量
公共建筑部分采用加气混凝土砌块作为外墙围护的冬季采暖耗能量及夏季空调耗能量分别如图5-12所示,采用粘土多孔砖的冬季采暖耗能量及夏季空调耗能量分别如图5-13所示。
图5-12公建加气混凝土砌块外墙能耗量图5-13公建多孔砖外墙能耗量通过计算得到,居住建筑部分采用加气混凝土砌块作为外墙围护的全年单位面积耗量为19.19(kWh/m2),相应采用粘土多孔砖的全年能耗量20.88(kWh/m2)。公共建筑部分采用加气混凝土砌块作为外墙围护的全年能耗量为55.08(kWh/m2),相应采用粘土多孔砖的全年能耗量50.10(kWh/m2)。因此,加气混凝土墙体比粘土砖墙体更能够减少建筑能耗。

5.4本章小结

本章对建筑节能的基本原理做了简单的介绍,论述了减少建筑能耗的重要性。对单一的加气混凝土墙体的保温隔热性能以及其传热系数的计算,并与粘土多孔砖作了实际工程的比较分析,从实际工程案例节能分析表明加气混凝土墙体是良好的自保温外墙材料,为推广加气混凝土墙体的实际工程应用作了有益探索。

第六章结论及展望

6.1结论

本课题通过加气混凝土的稳态传热试验,分析了在墙体内、外表面的不同的温差以及湿度条件下,测定墙体不同位置的应变值,并使用有限元软件ANSYS对加气混凝土墙体在温度作用下产生温度应力进行数值模拟;对加气混凝土墙体的节能效应进行了分析;对加气混凝土墙体在实际工程中的应用进一步分析研究。

结论如下:

1、加气混凝土墙体在不同温差条件下,内、外表面的不同位置的应变值均随着温差的增加而增加,其中在墙体内、外表面四周的应变值为最大;在相同的温差条件改变墙体内、外表面的湿度,结果表明墙体内、外表面不同位置的应变值的增量影响较小。

2、加气混凝土墙体在年温度变化不大条件下,采用ANSYS有限软件模拟墙体的稳态传热。结果表明,温度沿墙体的厚度方向成线性分布,温度沿着墙体的厚度方向的温度分布情况与温度作用下的温度分布函数相关。

3、加气混凝土墙体在温度作用下产生位移,采用ANSYS有限元软件计算结果

表明:在沿着墙体厚度的位移值最大,其最大位移的位置在墙体的四周;在沿着墙体高度方向上位移值较小,但其最大位移的位置在墙体外表面的上部;在沿着墙体长度方向上的位移值最小,但其最大位移的位置在墙体外表面左侧。而其应变场与墙体的稳态传热试验结果表明墙体的内、外表面的应变值基本一致。

4、通过热结构耦合数值模拟,随着墙体的内、外表面的温差增大,相应墙体的温度应力也增加。而得到墙体的第一主应力中,墙体拉应力要大于墙体压应力。墙体在拉应力在沿着墙体高度方向为最大,墙体压应力最大是在墙体的厚度方向,而沿着墙体高度方向的拉、压应力则与沿着墙体的长度方向基本一致,而拉应力最大位置是在靠近墙体外表面内部。由加气混凝土墙体材料特性可知,其开裂主要是由温度作用下产生拉应力引起,而且裂缝是从墙体外表面内部开始展开的。

5、通过加气混凝土墙体传热试验得知传热系数与规范计算公式所得到的传热系数基本相同,在夏热冬冷地区居住建筑中粉煤灰蒸压加气混凝土砌块可以作为自保温材料使用,在夏热冬冷地区的部分公共建筑中粉煤灰蒸压加气混凝土砌块也可作为自保温材料使用。

6、在加气混凝土墙体节能实例案例中,通过PKPM节能计算,当建筑物在其他围护结构保持不变的条件下,分析得出单一改变使用粉煤灰蒸压加气混凝土砌块做为墙体材料比使用其他墙体材料(如粘土多孔砖)更能够减少建筑的能耗。

6.2展望

加气混凝土墙体的温度效应研究是较为复杂的课题研究,本文通过理论结合试验,进行了研究分析。然后由于多方面的原因,还有许多问题没有进行更深层次的研究,需要我们共同的努力来解决,本文不足之处简要概括几点:

1、温度场只考虑了一维稳态温度分布函数,没有考虑二维及三维稳态温度、瞬时温度等对墙体的温度场以及其应力场、位移场的的影响。

2、墙体的尺寸效应问题,墙体在不同的长度、高度的不同情况下,在温度作用下墙体的温度场、应力场、位移场的变化。

3、墙体在温度作用的计算模型是建立在现有的砌体理论基础上的,并没有考虑灰缝,把墙体看作连续、均质、各向同性的材料。

4、墙体的材料模型建立在弹性力学的基础上,只考虑材料的在符合胡克定律的范围,非线性没有考虑。

5、建立合适的物理模型,用有限单元法分析整体建筑下加气混凝土墙体的温度场、应力场、位移场等变化情况。