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高等学校工程热物理第十五届全国学术会议 编号：B-09015 空心砌块稳态传热数值分析 万清 董华 周恩泽 （青岛理工大学环境与市政工程学院 青岛 266033） 摘 要：空心砌块是国家大力推广的墙材，采用前需从理论上判断其是否达到节能要求。本文以相关 规范为依据，经理论计算得出空心砌块的热工性能，再对实际传热情况进行一系列合理的假设，内 孔处采用自然对流及热传导的耦合模型，砌块内、外采用稳定的第三类边界，利用SIMPLE算法，得 出温度、热流的相关分布结果。 关键词： 建筑节能； 空心砌块； 热工性能； 数值分析 0 引言 改革开放和经济的快速发展，使得城市建设突飞猛进，住宅建设大幅度的增长。 随着建设的起步, 墙体材料的需求量与日俱增。墙体材料的发展大多与建筑物有着密 切的联系。当建筑主要以低层民宅为主时，砖结构起着主导作用；当建筑物以框架结 构为主时，墙体材料主要起空间围护和填充作用，此时的墙体材料以空心砖和空心砌 块为主。空心砌块的大范围推广与使用与建筑能耗、建筑节能密不可分。 建筑能耗是指民用建筑（包括居住、公共以及服务业建筑）使用过程中的能耗， 包括建筑物自身的保温隔热功能和室内采暖降温所需能耗。我国的墙体、屋顶和门窗 单位面积的传热量是气候条件接近的发达国家的 2-5 倍，围护结构的热耗量中，墙体 占 40 ％ ，与国外相比，外墙热耗量是发达国家的 4-5 倍，所以，建筑节能的关键是 增强建筑物围护结构的保温、隔热性能,墙体的选择与处理显得尤为重要。 对于空心砌块的研究多以理论计算为基础，探讨其热工性能的新的计算方法，研 究热工性能的影响因素，如孔洞形状及排列等。除此之外，对空心砌块进行数值分析， 判断其热工性能是否满足节能要求也是可行与必要的手段之一。 1 建筑节能中对于墙体热工性能的要求 青岛市科技发展计划项目：（06-2-2-22-jch ） 国家自然科学基金项目：） 我国的建筑节能工作始于上世纪八十年代初期,从宣传介绍发达国家的建筑节能 状况出发,制定采暖居住建筑节能设计标准起步。根据建设部节能规划要求,我国的建 筑节能首先从居住建筑开始,节能率经历 30%-50%-65%-更高节能要求的几个主要阶 段。目前我国正处于大力推进节能 65%的目标建设中,国家和地方根据要求相继制定 了许多节能标准与规范。《山东省建设事业发展第十一个五年规划(2006-2010)》中也 已明确规定:从 2006 年起,全省城市新建居住建筑全部执行 65%的节能标准,青岛属于 寒冷地区，居住建筑外墙的传热系数:当体形系数S≤0.35 时，外墙的传热系数≤0.63W/ 2 （m.K）（包括结构性热桥在内的平均传热系数），当0.35体形系数S≤0.4 时，外墙的 传热系数≤0.50 W/（m2.K）。所有这些标准、规范的颁布和实施，均有力地推动着我国 建筑节能向前发展。 2 砌块结构与其理论传热系数 砌块的整体尺寸为 390mm×190mm×190mm,其主体部分由易得的且价格较便宜的 水泥、粉煤灰、石子、砂子等构成的混凝土,其密度为 900kg/m3,导热系数为 0.85W/m.k, 中间为空气导热系数为0.025W/m.k。砌块结构见图 1,为三排孔砌块。 图 1 空心砌块结构示意图 根据设计标准 GB ／T 15229—2002 ，承重砌块最小外壁厚不应小于 30mm，肋厚不 应小于 25mm；保温砌块最小外壁厚和肋厚不宜小于 20mm。本文所研究的砌块是保温、 承重砌块，为了保证机械强度，最小外壁厚和肋厚不宜小于 30 mm，开孔率为 26.7%, 满足《普通混凝土小型空心砌块》GB8239-1997,空心率应不小于 25%的要求。 按《民用建筑热工设计规范》中,空心砌块中空气间层厚度为2cm时,热阻值为0.163 2 2 m .K/W,间层厚度为 3cm时, 热阻值为 0.172 m . K/W。则砌块墙体的平均热阻在未进行 2 2 修正时为:0.5167