混凝土夹心秸秆砌块块型优化及墙体热工性能研究

【摘要】：随着建筑节能和环境保护要求的不断提高，世界各国对建筑节能技术给予了充分的重视。近30年来，各国在建筑设计和施工、新型建筑保温材料的开发和应用、建筑节能法规的制定和实施、建筑节能产品的认证和管理等方面做了很多的工作，不但节省了大量的能源，取得了可观的经济效益，同时改善了环境，降低了对大气臭氧层的破坏。 本文以当前建筑节能及墙体改革工作的发展给墙体材料带来的革新为依据，设计优化出四种块型的混凝土夹心秸秆砌块，并以混凝土夹心秸秆砌块这一新型墙体材料为对象对其热工性能进行了研究。论文采用试验研究和数值模拟相结合的方式。 论文首先通过控温热箱法对四种块型的混凝土夹心秸秆块砌块墙体在稳态时的传热特性进行了试验研究。通过实测稳态传热时砌块的温度分布，砌块代表位置的热流大小，计算了砌块的传热系数、内部的温度分布，为数值模拟的结果验证提供试验数据。 其次，论文利用有限元软件ANSYS对试验所用四种块型的混凝土夹心秸秆块砌块稳态传热进行模拟。通过选取合理单元、建立模型、及网格划分、定义材料属性、施加边界条件，得出砌块的温度场分布及热流密度分布，计算出每种块型的传热系数。 最后，论文对模拟结果与试验研究进行对比分析，证明了该数值模拟程序的可行性、可靠性，研究四种混凝土夹心秸秆砌块的热工性能，得到了热工性能最好的砌块形式，并给出四种混凝土夹心秸秆砌块的传热机理。 本次试验受山东省科技发展计划项目支持，所设计砌块弥补了混凝土和秸秆两者各自性能上的不足，实现了两种材料优势性能的充分利用，节约了能源，提高了小麦秸秆的利用率，降低了建筑造价，缩短了施工周期，达到了节能环保的双向功能，在新农村及小城镇建设中具有可观的发展前景。论文采用的方法和得出的结论可供相关建筑节能研究、设计和推广应用时参考。 【关键词】：混凝土夹心秸秆砌块 块型优化 热工性能 内部温度 表面热流 影响因素
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU522.3
【目录】：

• 中文摘要7-8
• Abstract8-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 概述9-11
• 1.1.1 建筑节能的重要性9
• 1.1.2 墙体材料革新概况9-10
• 1.1.3 热桥对建筑节能的影响10-11
• 1.2 本文研究背景及意义11-13
• 1.2.1 研究背景11-12
• 1.2.2 研究意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-19
• 1.3.1 国内研究现状13-16
• 1.3.2 国外研究现状16-19
• 1.4 本文研究方案19-22
• 1.4.1 主要内容19
• 1.4.2 研究方法19-20
• 1.4.3 技术路线20-21
• 1.4.4 可行性分析21-22
• 1.5 本文创新之处22-23
• 2 混凝土夹心秸秆砌块块型优化及热分析基本理论23-33
• 2.1 混凝土夹心秸秆砌块块型优化23-27
• 2.1.1 普通混凝土夹心秸秆砌块热工特点23-25
• 2.1.2 砌块块型的优化设计要求25
• 2.1.3 “H”型、“Z”型混凝土夹心秸秆砌块孔型优化思路25-26
• 2.1.4 “H”型、“Z”型砌块块型的优化设计考虑因素26-27
• 2.1.5 材料选用及技术性能27
• 2.2 热分析基本理论27-32
• 2.2.1 传热学基本理论27-30
• 2.2.2 围护结构传热过程30-31
• 2.2.3 热桥的传热形式及传热机理31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 3 混凝土夹心秸秆砌块墙体热工试验33-46
• 3.1 试验装置简介34-35
• 3.1.1 BES- DL 箱式围护结构传热系数测试装置34-35
• 3.1.2 测量及数据采集系统35
• 3.2 试验原理35-36
• 3.3 测试仪器的选用36-39
• 3.3.1 温度传感器的制作37-38
• 3.3.2 热流传感器的选取38-39
• 3.4 试验墙体的砌筑39-44
• 3.4.1 混凝土砌块及秸秆块制作39-41
• 3.4.2 墙体砌筑41-42
• 3.4.3 测试方法42-44
• 3.5 试验系统运行44
• 3.6 八面墙体传热系数及测点内部温度44-45
• 3.6.1 八面试验墙体传热系数计算结果44
• 3.6.2 混凝土夹心秸秆砌块墙体内部温度测试结果44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 4 混凝土夹心秸秆砌块稳态传热数值模拟46-56
• 4.1 基本理论46-48
• 4.1.1 有限元法的基本思想46
• 4.1.2 热分析简介46-47
• 4.1.3 热分析的传热学经典理论基础47-48
• 4.2 混凝土夹心秸秆砌块的有限元模型48-51
• 4.2.1 模型的建立48-49
• 4.2.2 单元类型的选择49-50
• 4.2.3 材料属性50
• 4.2.4 网格划分50-51
• 4.3 混凝土夹心秸秆块砌块温度场分析51-54
• 4.3.1 基本假设51
• 4.3.2 确定边界条件与施加荷载51
• 4.3.3 四种块型砌块墙体有限元计算结果51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 热工性能对比分析56-67
• 5.1 模拟结果与试验数据的对比56-57
• 5.1.1 模拟初始条件56
• 5.1.2 传热系数的比较56-57
• 5.2 夹心秸秆砌块内部温度分析57-62
• 5.2.1 H1型砌块内部温度分析57-58
• 5.2.2 H2型砌块内部温度分析58-60
• 5.2.3 Z1型砌块内部温度分析60-61
• 5.2.4 Z2型砌块内部温度分析61-62
• 5.3 砌块表面热流分析62-64
• 5.4 砌块热工影响因素分析64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 尚存在的问题及今后展望68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表论文情况76

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