自保温承重混凝土多孔砖墙体热桥部位的数值模拟研究

李明 刘传卿

（1.中国建筑工业出版社 北京 100037 2.山东省建筑科学研究院 山东济南 250031）

引言

热桥部位是建筑围护结构中传热量大、热流密集、内表面温度较低的部分。在室外较为寒冷的情况下，会直接影响砌体建筑物的节能效果[1]，对热桥部位的传热情况进行分析是十分必要的。本文以自保温承重混凝土多孔砖为分析对象[2]，对热桥部位开展了温度场分布及结露分析，所得成果可为节能设计提供参考。

目前我国相关规范对围护结构的传热分析是基于一维传热模型开展的，这一方法对造型简单、单一的墙体较为适用。然而，随着大量新型节能墙材的推广应用，造型复杂的节能墙材层出不穷，简单的一维传热模型已无法满足这类新型墙材传热分析的精度需要。基于新型墙材的造型特点，建立二维传热模型开展相关分析是解决上述问题的重要手段之一。

本文以一种新型的节能墙材——自保温承重混凝土多孔砖为分析对象，针对砌体建筑物中四种不同的常见热桥部位建立二维传热分析模型，并对其温度场分布及传热规律开展深入研究，分析不同热桥部位的结露状况，研究成果可为该新型节能墙材建筑节能技术的发展提供借鉴及参考。

本文建立的传热模型基于以下假设：①自保温墙体材料为常物性；②自保温墙体的冷端、热端与环境之间的传热设定为第三类热边界条件；③自保温墙体远端的断截面处于动态热平衡状态，相互传递的净热流为零，其截面设定为第二类热边界条件（绝热边界条件）。

由于实际砖体中，XPS板的两侧边缘具有复杂的燕尾型卡槽，因此在建立数值分析模型过程中，完全按照砖体的实际造型建立二维有限元模型是不必要的，而且会导致计算效率低下，因此应建立合理的简化模型。其中一种为多孔砖的精细化有限元分析模型，该模型针对原砖体开展了初步的简化，将孔洞的圆角转为直角，燕尾槽处的XPS板两侧边缘进行了轻微的调整，这一措施保证了精细模型与原砖体的等效。另一种为多孔砖的深度简化模型，XPS板两侧的燕尾槽造型直接改为矩形状，较为明显的简化了数值模型。

1 温度场分布

由温度场分布云图可得，等温线在XPS保温板处十分密集，说明保温材料传热系数较小，温度梯度较大，自保温多孔砖中内嵌的XPS保温板起到了一定的隔热作用。图1为阴角热桥部位的温度值随不同路径的变化曲线。由温度值随不同路径的变化曲线对比可得，阴角热桥部位的保温效果良好，其路径1（热桥部位）的温度值略高于路径2（墙体厚度方向）的温度值，这是由于在阴角热桥部位，自保温多孔砖的特殊造型保证了阴角热桥处混凝土构造柱存在两个表面受到XPS保温板的包裹，该构造措施明显的提高了阴角热桥的热阻，更有效地阻隔了热量的传递。

2 结露分析

本节针对四种热桥部位的结露情况开展分析。依据《实用供热空调设计手册》可得，济南全年出现的最低极限温度为-14.9℃。为阐明外围护结构墙体内壁面结露的临界温度，室外温度自0℃取至-20℃，每相隔2℃即针对不同热桥部位开展温度场传热分析。图2为不同热桥部位最低内壁温度随室外温度的变化曲线。由图可得，不同热桥部位的最低内壁温度随室外温度的降低而呈现线性递减的变化趋势，其中丁字型热桥部位的室内壁最低温度最低，阴角热桥部位的室内壁最低温度相对较高。选取相对湿度为60%，依据湿空气焓湿图可得，室内空气的露点温度为10℃。由图可得，当室外温度不低于-18℃时，采用自保温承重混凝土多孔砖作为外围护墙材，即可保证建筑物中常见的四种热桥部位均不会发生结露现象。

图1 阴角热桥部位温度值随路径的变化曲线

图2 不同热桥部位最低内壁温度随室外温度的变化曲线

3 结论

本文以自保温承重混凝土多孔砖为墙体基材，针对热桥部位开展了传热数值分析，得到了以下结论：

（1）在不同的热桥部位中，等温线在XPS保温板处十分密集，温度梯度较大；经对比分析可得，阴角热桥部位的保温效果最好。

（2）经变参分析可得，以自保温承重混凝土多孔砖砌筑的建筑物，当室外温度不低于-18℃时，本文分析的四种热桥部位均不会发生结露现象。

[1]郁文红，杨 昭.采暖居住建筑节能改造热工性能分析[J].节能，2005（4）：49～51.

[2]邢国起.一种新型保温混凝土多孔砖的研究[J].长春工程学院学报（自然科学版），2009，10（1）：29～31.