聚苯板插孔混凝土空心砌块热工性能有限元分析.pdf

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2012年第12期
混凝土与水泥制品
2012No.1
12月
CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUC
December
聚苯板插孔混凝土空心砌块热工性能有限元分析
刘辉敏
(洛阳理工学院材料科学与工程系,471023)
摘要:为提高混凝土空心砌块的隔热性能,采用有限单元法研究了聚苯板在其孔洞中的填充方式对热阻的影
响。结果表明,昒块插孔呈矩形为佳。插孔长度不变;热阻随其厚度的增加而增加。插孔率一定,热阻随插孔排数的
增加而增加;随其列数的增加而降低。插孔交错排列,热阻增加。当插孔仅有部分填充时,聚苯板最好靠近砌块的高
温面
关键词:空心砌块;混凝土;聚苯板;孔型;热阻;有限单元法
Abstract: To mpre te eaoof quality of conrete hollow lok, the effects of the pattern of the polystyrene
board inserting in its hole on the thermal performance are studied by finite element method. The results show that the
appropriate shape of the jack is rectangle. Keeping the length of the jack, the blocks'thermal resistance increases with its
hickness increasing. Keeping the jack rate, the thermal resistance increases with the increasing of the jack's rows, and
reduces with the increasing of its columns. The thermal resistance increases when the jacks are arranged staggered. If only
partial jacks are filled, it is better that the polystyrene board is close to the blocks hot face
Key words: Hollow block; Concrete; Polystyrene board; Pass; Thermal resistance; Finite element method
中图分类号:TU522.3文献标识码:A文章编号:10004637(2012)12-66-03
0前言
研究插孔方式对混凝土砌块热阻的影响时,对其
混凝土空心砌块具有节能、节土、利废、环保、温度条件没有具体要求。为便于分析,设砌块AB边
劳动生产率较高等优点,是我国墙体改革重点推广温度为25℃;CD边温度为20℃,AD边和BC边则
的新型建筑材料之一。但混凝土空心砌块也存在作绝热处理。
隔热能力不足的缺点,使得其推广应用受到一定影
响。为提高混凝土空心砌块的隔热能力,可在其孔
洞中插人聚苯乙烯板(聚苯板)进行绝热改进。对
于聚萃板插孔混凝土砌块,其隔热能力除与混凝土
和聚苯板本身热阻有关外,还与插孔分布方式有
关。文献[5-?分别研究了孔型对普通混凝士空心砌
块热工性能的影响,并提出提高其热阻的方法。考
虑到砌块中空气夹层的导热系数随其厚度减小而
降低,而聚苯板的导热系数基本不变,所以在上述
图1混凝土空心砌块计算模型
研究基础上,作者采用有限元软件 ANSYS研究了1.3材料参数
聚苯板在孔洞中的填充方式对混凝土空心砌块热
对于本次分析,设混凝土的导热系数为1.28W
工性能的影响。
m·K);聚苯板的导热系数为0.034W/(m·K)。砌块
计算模型及条件
夹层中空气的导热系数随其厚度变化而改变,具体
1.1计算模型
数值參见文献8]。
分析用混凝土空心砌块尺寸为390mx190mm×2结果及讨论
190mm,其孔型根据研究需要设定。图1所示为
2.1插孔形状对砌块热阻的影响
种三排两列矩形孔砌块的孔型分布情况,孔洞中均
混凝土空心砌块常见的孔洞形状主要有正方
插入聚苯板(若没有特别指出,以下砌块孔洞中均形、圆形、矩形。保持砌块插孔率为22.81%,比较了
填充聚苯板,且砌块与聚苤板之间没有间隙)。
插孔形状对砌块平均热阻的影响。比较所用三种单
1.2热载荷及边界条件
孔砌块的规格见图2所示。
刘辉敏
聚苯板插孔混凝土空心砌块热工性能有限元分析
51.86
130
1.30
l-A方孔砌块
1-B圆孔砌块
1-C矩形孔砌块
图2比较所用三种单孔砌块的规格
三种单孔砌块的平均热阻见表1所示。由表19.6%。由该图还可知,随着插孔排数的增加,热阻增
可以看出,当插孔率一定时:①方孔砌块和圆孔砌加幅度降低。
块的热阻相当,因而可将圆孔简化为方孔计算;②2.4插孔列数对砌块热阻的影响
矩形孔砌块(其长边垂直于热流方向)具有较大的
砌块插孔为矩形,分为三排,总面积16900
热阻。
每排插孔总长度保持在300mm,将其均分为若干
表1三种单孔砌块的平均热阻(m2·K)/W
列。插孔列数对砌块热阻的影响见图5所示。由该
图可知,随着插孔列数的增加,砌块的热阻降低。其
砌块编号
I-A
1-B
中,四列插孔砌块的热阻较单列的热阻减小约
平均热阻
0.209
0.206
0.365
12.4%。因此,在插孔率一定的情况下,应适当增加
2.2插孔厚度对砌块热阻的影响
每条插孔长度,相应减少插孔列数。
对于图2-C所示矩形插孔砌块,当插孔长度保
0.46
持300mm不变时,其厚度对砌块热阻的影响如图3
0.45
所示。由图可知,随着插孔厚度的增加,砌块热阻也
增加。此外,随着插孔厚度的增加,当其值小于30
0.44
mm时,热阻增加幅度较大;当其值大于30m时,
自0.43
热阻增加幅度较小。
?0.42
0
0.41
0.40
插孔排数hn
图4插孔排数对砌块热阻的影响
0.2
0.1
020406080100120140
0.30
插孔厚度/mm
图3插孔厚度对砌块热阻的影响
0.29
2.3插孔排数对砌块热阻的影响
如图2所示,砌块插孔为矩形,分为两列,总面
0.28
积为16900mm2。保持每条插孔长度为150mm,每列
插孔总厚度为90m,将其平均分为若干排。插孔排
0.27
数对砌块热阻的影响见图4所示。由图4可以看
插孔列数/n
出,随着插孔排数的增加,砌块的热阻也增加。其
中,四排插孔砌块的热阻较单排的热阻增加约
图5插孔列数对砌块热阻的影响