空心砌块结构优化与节能研究

【摘要】：全球能源危机不断加剧,我国也将建设资源节约型、环境友好型社会列为基本国策。建筑能耗在社会总能耗中的比例日益增大,墙体材料的节能研究也显得愈加重要。在这种背景下,本文提出采用计算机模拟技术对节能墙体材料—空心砌块进行结构优化及节能研究。研究内容主要有以下几点: 1.对选定空心砌块--模型I进行热工性能检测实验,计算得出其传热系数及热阻值。利用有限元分析软件FEMLAB,对模型I进行数值模拟,得到的模拟结果与实验结果误差范围为4.59%,在误差准许范围之内,验证了模拟软件的准确性及模拟物理条件设置的合理性,为研究的进一步进行奠定基础。 2.通过对混凝土空心砌块热阻计算公式的分析,得出混凝土空心砌块热阻值影响因素,如下所示: (1)砌块的厚度。通过对三种不同厚度的实心砌块S-1(190mm),S-2(240mm),S-3(300mm)进行模拟分析,得到热阻值随厚度增加幅度分别为16.7%和27.2%。因此增加砌块的厚度,可以在一定程度上提高砌块的热阻值。 (2)空气间层数量。通过对4种不同空气间层数量的空心砌块K-1(1排孔),K-2a(2排孔),K-3a(3排孔),K-4a(4排孔)的模拟分析,得到砌块热阻值增加率依次分别为100%,162%,219%,257%。结果显示增加空气间层数量可以明显提高空心砌块热阻。 (3)孔洞形式。分析比较模拟结果可知: a.同等空心率下,减薄孔壁可以降低砌块热阻值。2排孔砌块热阻值(K-2a较K-2b)增加14.5%,3排孔砌块热阻值(K-32a较K-3b)增加5.9%,4排孔砌块热阻值(K-4a较K-4b)增加6.7%。 b.同等空心率下,减小孔洞长度,砌块热阻值降低。K-3a(单孔)较D-3a-1(双孔)热阻值下降16.4%,K-3a较D-3a-2(三孔)热阻值下降35.8%。 c.同等空心率下,孔洞排列形式对砌块热阻值也有一定影响。C-3a-1(错排)较D-3a-1(顺排)热阻值增加了5.4%,C-3b-1(错排)较D-3b-1(顺排)热阻值增加了3.9%。 综合以上结论可知,适当减薄孔壁、增长孔洞长度和改变孔洞排列方式都可以在一定程度上提高空心砌块热阻值。 (4)掺和轻骨料。通过模拟发现,掺入轻骨料砌块Q-3b-1热阻值为0.81(m~2·K)/W,同等规格的普通混凝土砌块C-3b-1热阻值为0.53(m~2·K)/W,轻骨料砌块热阻值增加幅度为52.8%。因此适量掺入轻骨料可以提高普通混凝土砌块的热阻值,并能提高砌块的耐久性。 3.分析文中模拟结果及综合对热阻值影响因素的分析,优化空心砌块的结构,设计出两款空心砌块M-1和M-2。砌块M-1材料为页岩混凝土,规格为390×190×190mm,主要用于内墙等非承重墙体;M-2材料为普通混凝土,规格为390×240×190mm,主要用于承重墙体。并通过软件对设计的砌块进行模拟计算,结果为:M-1砌体热阻值为1.7(m~2·K)/W,M-2砌体热阻值为1.42(m~2·K)/W,均满足了国家的节能65%的标准,具有较强的实用价值。 本文研究显示:利用有限元软件FEMLAB中的热传导模块可以对空心砌块热工性能进行数值模拟,该模块不仅能够进行空心砌块的结构优化设计及节能性研究,同时可以减少砌块设计的成本,缩短研究周期,有利于节能空心砌块的研发和推广,为我国的节能建设贡献力量。 【关键词】：空心砌块 热值阻 结构优化 有限元法 建筑节能
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU522.34
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 主要符号表11-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 课题涉及的基本概念和内容15-18
• 1.3 国内研究现状18-19
• 1.4 国外研究现状19-21
• 1.5 本课题研究内容21
• 1.6 本课题创新点21-22
• 第2章 空心砌块的热工性能实验检测22-29
• 2.1 空心砌块热工性能参数22-25
• 2.2 模型砌块的热工性能检测实验25-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 空心砌块热工性能的模拟研究29-36
• 3.1 软件介绍29-30
• 3.2 模型介绍及建立30-32
• 3.3 模拟结果及其分析32-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第4章 空心砌块热工性能的主要影响因素及模拟分析36-59
• 4.1 砌块厚度37-40
• 4.2 空气间层数量40-44
• 4.3 孔洞形式44-54
• 4.4 与保温材料复合54-56
• 4.5 掺和轻骨料56-57
• 4.6 本章小结57-59
• 第5章 空心砌块优化设计模型59-64
• 5.1 模型优化设计59-60
• 5.2 模型数值模拟60-62
• 5.3 本章小结62-64
• 第6章 总结与展望64-67
• 6.1 课题总结64-65
• 6.2 课题发展展望65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表论文目录72-73
• 致谢73

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