?；⒅樵偕炷林鈮遣课坏腜-Temp計算分析

孫恒，　李佰壽

( 1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司 吉林供電公司， 吉林 吉林 132000;

2.延邊大學(xué)工學(xué)院 土木工程系， 吉林 延吉 133002 )

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?；⒅樵偕炷林鈮遣课坏腜-Temp計算分析

孫恒1，李佰壽2*

( 1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司 吉林供電公司， 吉林 吉林 132000;

2.延邊大學(xué)工學(xué)院 土木工程系， 吉林 延吉 133002 )

摘要：為了量化分析玻化微珠再生混凝土柱應(yīng)用于建筑構(gòu)件與剪力墻時對圍護結(jié)構(gòu)中外墻角部的熱橋現(xiàn)象的影響，利用二維溫度場計算軟件P-Temp進行了模擬分析，并且與多孔磚結(jié)合聚苯板的保溫處理方法進行了對比.結(jié)果表明：在保溫砂漿層為60 mm時，普通混凝土柱與玻化微珠再生混凝土剪力墻結(jié)合使用時的熱橋線傳熱系數(shù)為0.14 W/(m·K)，流出熱量為13.462 W； ?；⒅樵偕炷林c?；⒅樵偕炷良袅Y(jié)合使用時的熱橋線傳熱系數(shù)為-0.11 W/(m·K)，流出熱量為8.564 W，且流出熱量均小于采用多孔磚外貼聚苯板的保濕處理方法.由此可見，玻化微珠再生混凝土應(yīng)用于建筑圍護結(jié)構(gòu)有利于建筑節(jié)能設(shè)計. ?；⒅樵偕炷林? P-Temp分析; 熱橋線傳熱系數(shù) TU375.3

文獻標(biāo)識碼：A

隨著現(xiàn)行規(guī)范對建筑的節(jié)能要求的逐步提高，我國北方嚴(yán)寒地區(qū)必須要對建筑物進行更高效的保溫處理[1].常規(guī)的外貼保溫板方法造價低，操作簡單，但是使用壽命低，與建筑壽命無法達到同步，而且極易污染環(huán)境；而外墻內(nèi)保溫方法因占用室內(nèi)建筑面積，會造成一定程度的資源浪費.相比較而言，混凝土結(jié)構(gòu)的自保溫具有一定的優(yōu)越性，其中在混凝土中摻加?；⒅榈姆椒ń陙肀妒荜P(guān)注.2007年，張澤平等成功研制出滿足建筑設(shè)計強度要求的?；⒅槌兄鼗炷羀2]；2013年，吳迪在已有研究基礎(chǔ)上對?；⒅槌兄鼗炷翍?yīng)用于建筑構(gòu)件進行了軟件分析，并研究了高溫對?；⒅槌兄鼗炷恋挠绊慬3].本文結(jié)合已有試驗成果，選擇抗壓強度與導(dǎo)熱系數(shù)最優(yōu)的?；⒅樵偕炷翍?yīng)用于建筑圍護結(jié)構(gòu)，利用P-Temp軟件模擬分析不同條件下建筑圍護結(jié)構(gòu)中熱傳導(dǎo)最薄弱的外墻角部位的熱橋現(xiàn)象.

1?；⒅樵偕炷恋倪x擇

為選擇出抗壓強度能夠滿足一般工程設(shè)計要求，同時具備低導(dǎo)熱系數(shù)的保溫混凝土，本文配制了9種?；⒅樵偕炷?，其中：水泥采用亞泰鼎鹿牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥；煅燒硅藻土為天元催化劑有限公司生產(chǎn)的細(xì)度為325目的煅燒硅藻土，摻量分別為膠凝材料的0%、2%和3%；再生粗骨料的取代率為100%，粒徑為5~20 mm，堆積密度為1 280 kg/m3，吸水率為4.8%；細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.9的天然河砂；玻化微珠為龍巖建材廠生產(chǎn)，堆積密度為128 kg/m3；減水劑為延吉方勝建材公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，減水率≥25%；引氣劑含量為8‰；粉煤灰采用延吉市供熱站產(chǎn)生的原灰，摻量為膠凝材料的20%；拌合水使用實驗室內(nèi)的普通自來水.試驗遵循《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50152—2012)進行，28 d抗壓強度和28 d導(dǎo)熱系數(shù)(利用DRH雙平板導(dǎo)熱系數(shù)測定儀)的測量結(jié)果如表1所示.

表1　?；⒅樵偕炷僚浜媳纫约?8 d抗壓強度、28 d導(dǎo)熱系數(shù)的測量結(jié)果

由表1可以看出，GRC-130-3組?；⒅樵偕炷恋?8 d抗壓強度最高，同時導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.242 6 W/(m·K)，所以本文選擇此配合比的?；⒅樵偕炷翍?yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的柱構(gòu)件以及剪力墻.經(jīng)過計算，當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)采用200 mm厚的玻化微珠再生混凝土作為剪力墻，再結(jié)合使用60 mm厚的?；⒅楸厣皾{(導(dǎo)熱系數(shù)為0.056 W/(m·K))時，構(gòu)件的整體傳熱系數(shù)達到0.497 8 W/(m2·K)，能夠滿足吉林省地區(qū)建筑節(jié)能65%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).

2P-Temp軟件建模運算

《嚴(yán)寒寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 26-2010)雖然已經(jīng)給出了完整的線傳熱系數(shù)的計算方法，但是由于該方法需要計算溫度分布，因此計算量較大.對此，中國建筑科學(xué)研究院建筑物理研究所對圍護結(jié)構(gòu)熱橋問題開發(fā)了專門的二維溫度場模擬計算軟件P-Temp，該軟件通過設(shè)定熱流殘差的迭代次數(shù)來控制運算，可獲得模擬圍護結(jié)構(gòu)的熱橋部位的線傳熱系數(shù)以及溫度場分布、邊界熱流等信息[4].其中熱橋線傳熱系數(shù)表示在1 K溫差下通過單位長度熱橋節(jié)點所增加的熱流，其計算公式[5]為：

式中Ψ為熱橋的線傳熱系數(shù)， Q2D為包含熱橋部位的墻體熱流， K為主斷面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， A為包含熱橋部位的墻體面積， tn和tw為內(nèi)外溫度， l和C為計算長度.

P-Temp軟件通過多個矩形組合來模擬圍護結(jié)構(gòu)中的外墻-墻角部分，在各材料間接觸良好的條件下，設(shè)定： 1)當(dāng)邊界相鄰內(nèi)部空間或外部空間時，定義為“第三類邊界”，其中與外部空間相鄰時，放熱系數(shù)取23.0 W/(m2·K)，與內(nèi)部空間相鄰時，放熱系數(shù)取8.7 W/(m2·K)； 2)當(dāng)邊界與其他材料層相鄰時，定義為“內(nèi)部邊界”； 3)當(dāng)給出邊界上任何時刻的溫度分布時，定義為“第一類邊界”； 4)當(dāng)給出邊界上任何時刻的熱流密度時，定義為“第二類邊界”； 5)每個矩形在X、Y軸方向分別默認(rèn)劃分為等距離的10個單元，本文考慮外貼保溫板與不貼保溫板兩種情況，具體單元劃分如圖1所示; 6) 計算結(jié)束條件為：熱流允許殘差小于5×10-6W/m2，最大迭代次數(shù)為80萬次[6].

(a)有保溫砂漿或保溫板的模型　　　　　　　　(b)無保溫砂漿或保溫板的模型圖1　墻角部分劃分單元圖

本文模擬計算圍護結(jié)構(gòu)完全采用?；⒅樵偕炷?xí)r的熱橋線傳熱系數(shù)與流出熱量，同時模擬墻體采用多孔磚和外貼聚苯板的保溫處理方法，以此作為對比.設(shè)定室外溫度為-25 ℃，室內(nèi)溫度為20 ℃；模擬柱的尺寸均為500 mm×500 mm，墻體全部采用200 mm厚的?；⒅樵偕炷?，外層涂抹的?；⒅楸厣皾{(導(dǎo)熱系數(shù)為0.056 W/(m·K)[7])厚度為60 mm(忽略找平面層等)，多孔磚的厚度為190 mm，外貼聚苯板厚度為60 mm.?；⒅樵偕炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)采用已有實驗測得結(jié)果，其他各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)根據(jù)已有文獻試驗數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表2所示，其中玻化微珠再生混凝土選用GRC-130-3組.

表2　各材料導(dǎo)熱系數(shù)

3迭代運算結(jié)果分析

迭代運算的溫度場和線傳熱系數(shù)的結(jié)果如表3所示.

表3　P-Temp模擬各種組合的運算結(jié)果

邊界長度/m1.0601.060主斷面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/(W/(m2·K))0.5040.504兩側(cè)空氣溫度/℃20/-2520/-25熱橋線傳熱系數(shù)/(W/(m·K))-0.110.05

由表3可以看出：當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)采用普通混凝土柱與?；⒅樵偕炷两Y(jié)合使用時，由于相鄰材料間的導(dǎo)熱系數(shù)差異較大，無玻化微珠保溫砂漿層的外墻角部位組合的結(jié)構(gòu)熱橋的線傳熱系數(shù)為0.48 W/(m·K)，流出熱量為69.415 W；有60 mm厚玻化微珠保溫砂漿層的外墻角部位組合的結(jié)構(gòu)熱橋的線傳熱系數(shù)為0.14 W/(m·K)，流出熱量為13.462 W.雖然二者的線傳熱系數(shù)都較小，但?；⒅楸厣皾{層的存在，使得熱量流出明顯減少，熱橋現(xiàn)象也更弱.當(dāng)外墻角部位的柱采用?；⒅樵偕炷?并與?；⒅樵偕炷两Y(jié)合使用時，無保溫砂漿層時的流出熱量為33.747 W，結(jié)構(gòu)熱橋的影響系數(shù)為-0.31 W/(m·K)；有60 mm厚保溫砂漿層時，流出熱量為8.564 W，熱橋線傳熱系數(shù)為-0.11 W/(m·K).這表明，有60 mm厚保溫砂漿層時，熱量流失減少更加明顯，熱橋現(xiàn)象更弱，綜合保溫效果更好，而且熱橋部位的流出熱量均小于同條件下采用多孔磚外貼聚苯板的保溫處理方法.當(dāng)墻角部位完全采用“?；⒅樵偕炷林??；⒅樵偕炷良袅??；⒅楸厣皾{”時，流出熱量為8.564 W，熱橋線傳熱系數(shù)為-0.11 W/(m·K)；當(dāng)墻角部位采用“?；⒅樵偕炷林?多孔磚+聚苯板保溫層”時，流出熱量為8.633 W，熱橋線傳熱系數(shù)仍為-0.11 W/(m·K)，表明這兩種圍護結(jié)構(gòu)的保溫效果基本相同.

4結(jié)論

綜合以上計算分析可以得出以下結(jié)論： 1)在相同條件下，選擇玻化微珠再生混凝土替代普通混凝土柱作為建筑圍護結(jié)構(gòu)的柱構(gòu)件與剪力墻結(jié)合使用時，可以減少墻角部位的熱量流出，減弱熱橋現(xiàn)象； 2)在對外部進行保溫層處理時，采用“?；⒅樵偕炷林?玻化微珠再生混凝土墻+?；⒅楸厣皾{保溫層”方法，熱橋部位的流出熱量與采用“?；⒅樵偕炷林?多孔磚+聚苯板保溫層”方法的流出熱量基本相同，但因使用?；⒅樵偕炷辆哂泄?jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，因此更加有利于建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計.

參考文獻：

[1]王晶,沈勇嵬.結(jié)構(gòu)性熱橋的線傳熱系數(shù)對建筑節(jié)能設(shè)計計算的影響[J].建筑節(jié)能,2014(2):56-64.

[2]張澤平.?；⒅楸鼗炷良捌浣Y(jié)構(gòu)的基本性能試驗與理論分析研究[D].太原：太原理工大學(xué),2009.

[3]吳迪.高溫作用后?；⒅楸鼗炷亮褐鶚?gòu)件的承載力分析[D].太原：太原理工大學(xué),2013.

[4]趙志安.嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計軟件中的熱橋傳熱計算[C]//第十七屆全國工程建設(shè)計算機應(yīng)用大會論文集.中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會、中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會計算機應(yīng)用專業(yè)委員會，2014:4.

[5]何俊霖.XKD泡沫混凝土墻熱橋構(gòu)造及傳熱系數(shù)簡化算法[J].山西建筑,2011,18:187-188.

[6]趙立華,秦翠翠.墻體平均傳熱系數(shù)計算時梁柱的計算方法探討[C]//城市化進程中的建筑與城市物理環(huán)境：第十屆全國建筑物理學(xué)術(shù)會議論文集.中國建筑學(xué)會建筑物理分會，2008:5.

[7]李珠.?；⒅楸夭牧系南盗醒芯颗c城市窯洞式綠色建筑[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011.

Analysis of P-Temp for glazed hollow beads of recycled concrete columns

SUN Heng1,LI Baishou2*

( 1.StateGridJilinElectricPowerCompany,Ltd.JilinPowerSupplyCompany,Jilin132000,China;

2.DepartmentofCivilEngineering,CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Abstract：For quantitative analysis of vitrified microsphere, recycled concrete column is applied to the construction component and shear wall for retaining structure home and abroad, the corner of the influence of thermal bridge phenomenon, using two dimensional temperature field calculation software P-Temp calculation, and combined with porous brick of polystyrene insulation processing analysis. Results showed that the thermal insulation mortar layer is 60 mm, ordinary concrete column and vitrified microsphere, recycled concrete shear wall when combined heat transfer coefficient of thermal bridge line up to 0.14 W/(m·K), flow quantity of heat is 13.462 W; with vitrified microsphere, recycled concrete column and vitrified microsphere, recycled concrete shear wall when used in combination, the thermal bridge line heat transfer coefficient is 0.11 W/(m·K), the heat flow is only 8.564 W, and the combination of heat flow are less than use with porous brick. Visible vitrified microsphere, recycled concrete is applied to building palisade structure has certain superiority, is conducive to building energy efficiency design.

Key words：glazed hollow beads of recycled concrete columns; P-Temp analysis; heat transfer coefficient of thermal bridge line

文章編號：1004-4353(2015)04-0343-05

*通信作者：李佰壽(1954—)，男，博士，教授，研究方向為混凝土結(jié)構(gòu)理論及應(yīng)用.

收稿日期：2015-04-03