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摘 要

建筑节能的重要途径之一为提高围护结构的热工性能，墙体自保温技术因其与建筑同寿命性的独特优势，对建筑物整体节能有显著效果。本文采用CFD软件数值模拟得到空心砌块的当量导热系数，通过计算36种孔型的孔洞结构，分析不同排列方式下（如孔隙率、孔排数、孔列数等）空心砌块当量导热系数值变化，确定砌块一列六排的孔型为36种孔洞结构下的最优结构。并且通过复合热阻的手工计算，计算三种密度下自保温空心砌块及插入保温材料XPS的当量导热系数，与数值模拟结果进行了对比分析，验证手工计算具有实用性，这对工程效率的提高也有积极的促进作用。

关键词：建筑节能 自保温空心砌块 当量导热系数 数值模拟 手工计算

Numerical simulation on heat transfer process of hollow blocks wall and Study of energy saving

Abstract

Building energy efficiency is one of the important ways to improve building envelope thermal performance.Because self-insulation wall technology has the unique advantage of life with the construction, it has a significant effect on the overall energy efficiency of buildings. In this paper, the equivalent thermal conductivity of hollow block is simulated by the CFD software , by calculating the pore structure of 36 kinds of holes. When the block arrangement changes(such as porosity, the number of hole rows,the number of hole columns), analysis of the variation of the equivalent thermal conductivity of blocks. the best arrangement of the holes for the block is 1 row and 6 arrays. And through the manual calculation of the compound thermal resistance, calculation of equivalent thermal conductivity of three density self- insulation hollow blocks and filling in hollow block of XPS insulation material.Comparison and analysis the results of numerical simulation to prove the practicality of the manual calculation. It also has a positive role in promoting engineering efficiency.

Key Words: Building energy efficiency; Self-insulation hollow block; Equivalent thermal conductivity; Numerical simulation; Manual calculation

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 建筑节能 1

1.2.1 建筑节能的意义 1

1.2.2 国内外研究现状 1

1.3 节能墙体 2

1.3.1 外墙内保温技术 2

1.3.2 外墙外保温技术 3

1.3.3 外墙中间保温技术 3

1.3.4 外墙自保温技术 3

1.4 实现建筑节能的途径 4

1.5 空心砌块 4

1.5.1 自保温空心砌块 5

1.5.2 空心砌块目前存在的问题 6

1.6 研究方法及研究内容 7

第二章 空心砌块传热过程数学模型 9

2.1 通用流动传热问题控制方程 9

2.2 Boussinesq假设 10

2.3 孔壁间的辐射换热 10

2.4 空心砌块墙体传热过程控制方程 11

第三章 空心砌块当量导热系数数值计算及结果分析 13

3.1 CFD软件介绍 13

3.2 几何模型 13

3.3 参数设置 14

3.3.1 物性参数 14

3.3.2 边界条件设置 14

3.4 砌块数值模拟结果分析 15

3.4.1 评价指标 15

3.4.2 空心砌块孔洞设计与模拟结果 16

3.4.3 36种孔洞结构最优孔排列方式的确定 17

3.4.4 相同孔隙率下的最优排列方式的确定 18

3.4.5 相同孔排数下的最优排列方式的确定 18

3.4.6 相同孔列数下的最优排列方式的确定 19

第四章 自保温空心砌块传热过程的手工计算与数值模拟结果分析 20

4.1 研究目的 20

4.2 几何模型 20

4.3 计算方法 21

4.4 计算结果 24

4.4.1 复合砌块手工计算结果 24

4.4.2 复合砌块数值模拟结果 30

4.5 数值模拟结果与复合热阻的手工计算结果比较 26

第五章 研究结论与展望 28

5.1 研究结论 28

5.2 研究展望 28

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 研究背景

建筑能耗约占全社会总体能源消耗的30％，随着城市化进程，中国的建筑能耗量近年来有增无减，这为经济的可持续发展带来强大的阻力[^[1]]。实现建筑节能的关键途径之一，即提高建筑围护结构的热工性能。围护结构的传热耗热量是建筑物总耗热量中的主要组成部分，通过外墙产生热损失高达35%～48%，故此，建筑节能重中之重是外墙体的保温[^[2]]。

近年来，随着国家陆续颁布文件禁止实心黏土砖的生产和使用，小型空心砌块成为最具优势的理想、实用的新型墙体材料。按照骨料的不同，其分为普通混凝土小型空心砌块和轻集料小型空心砌块[^[3]]。不同的砌块骨料，由于密度和导热系数的不同，保温效果也有好有坏。因此，计算空心砌块的导热系数在实际应用中有一定的使用价值。

1.2 建筑节能

1.2.1 建筑节能的意义

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