空心砌塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化與節(jié)能研究

【摘要】：全球能源危機(jī)不斷加劇,我國也將建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會列為基本國策。建筑能耗在社會總能耗中的比例日益增大,墻體材料的節(jié)能研究也顯得愈加重要。在這種背景下,本文提出采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對節(jié)能墻體材料—空心砌塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及節(jié)能研究。研究內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn): 1.對選定空心砌塊--模型I進(jìn)行熱工性能檢測實(shí)驗(yàn),計(jì)算得出其傳熱系數(shù)及熱阻值。利用有限元分析軟件FEMLAB,對模型I進(jìn)行數(shù)值模擬,得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差范圍為4.59%,在誤差準(zhǔn)許范圍之內(nèi),驗(yàn)證了模擬軟件的準(zhǔn)確性及模擬物理?xiàng)l件設(shè)置的合理性,為研究的進(jìn)一步進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。 2.通過對混凝土空心砌塊熱阻計(jì)算公式的分析,得出混凝土空心砌塊熱阻值影響因素,如下所示: (1)砌塊的厚度。通過對三種不同厚度的實(shí)心砌塊S-1(190mm),S-2(240mm),S-3(300mm)進(jìn)行模擬分析,得到熱阻值隨厚度增加幅度分別為16.7%和27.2%。因此增加砌塊的厚度,可以在一定程度上提高砌塊的熱阻值。 (2)空氣間層數(shù)量。通過對4種不同空氣間層數(shù)量的空心砌塊K-1(1排孔),K-2a(2排孔),K-3a(3排孔),K-4a(4排孔)的模擬分析,得到砌塊熱阻值增加率依次分別為100%,162%,219%,257%。結(jié)果顯示增加空氣間層數(shù)量可以明顯提高空心砌塊熱阻。 (3)孔洞形式。分析比較模擬結(jié)果可知: a.同等空心率下,減薄孔壁可以降低砌塊熱阻值。2排孔砌塊熱阻值(K-2a較K-2b)增加14.5%,3排孔砌塊熱阻值(K-32a較K-3b)增加5.9%,4排孔砌塊熱阻值(K-4a較K-4b)增加6.7%。 b.同等空心率下,減小孔洞長度,砌塊熱阻值降低。K-3a(單孔)較D-3a-1(雙孔)熱阻值下降16.4%,K-3a較D-3a-2(三孔)熱阻值下降35.8%。 c.同等空心率下,孔洞排列形式對砌塊熱阻值也有一定影響。C-3a-1(錯排)較D-3a-1(順排)熱阻值增加了5.4%,C-3b-1(錯排)較D-3b-1(順排)熱阻值增加了3.9%。 綜合以上結(jié)論可知,適當(dāng)減薄孔壁、增長孔洞長度和改變孔洞排列方式都可以在一定程度上提高空心砌塊熱阻值。 (4)摻和輕骨料。通過模擬發(fā)現(xiàn),摻入輕骨料砌塊Q-3b-1熱阻值為0.81(m~2·K)/W,同等規(guī)格的普通混凝土砌塊C-3b-1熱阻值為0.53(m~2·K)/W,輕骨料砌塊熱阻值增加幅度為52.8%。因此適量摻入輕骨料可以提高普通混凝土砌塊的熱阻值,并能提高砌塊的耐久性。 3.分析文中模擬結(jié)果及綜合對熱阻值影響因素的分析,優(yōu)化空心砌塊的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出兩款空心砌塊M-1和M-2。砌塊M-1材料為頁巖混凝土,規(guī)格為390×190×190mm,主要用于內(nèi)墻等非承重墻體;M-2材料為普通混凝土,規(guī)格為390×240×190mm,主要用于承重墻體。并通過軟件對設(shè)計(jì)的砌塊進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果為:M-1砌體熱阻值為1.7(m~2·K)/W,M-2砌體熱阻值為1.42(m~2·K)/W,均滿足了國家的節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn),具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 本文研究顯示:利用有限元軟件FEMLAB中的熱傳導(dǎo)模塊可以對空心砌塊熱工性能進(jìn)行數(shù)值模擬,該模塊不僅能夠進(jìn)行空心砌塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及節(jié)能性研究,同時可以減少砌塊設(shè)計(jì)的成本,縮短研究周期,有利于節(jié)能空心砌塊的研發(fā)和推廣,為我國的節(jié)能建設(shè)貢獻(xiàn)力量。 【關(guān)鍵詞】：空心砌塊 熱值阻 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 有限元法 建筑節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TU522.34
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 主要符號表11-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 課題研究背景及意義14-15
• 1.2 課題涉及的基本概念和內(nèi)容15-18
• 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 國外研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 本課題研究內(nèi)容21
• 1.6 本課題創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 第2章 空心砌塊的熱工性能實(shí)驗(yàn)檢測22-29
• 2.1 空心砌塊熱工性能參數(shù)22-25
• 2.2 模型砌塊的熱工性能檢測實(shí)驗(yàn)25-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第3章 空心砌塊熱工性能的模擬研究29-36
• 3.1 軟件介紹29-30
• 3.2 模型介紹及建立30-32
• 3.3 模擬結(jié)果及其分析32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-36
• 第4章 空心砌塊熱工性能的主要影響因素及模擬分析36-59
• 4.1 砌塊厚度37-40
• 4.2 空氣間層數(shù)量40-44
• 4.3 孔洞形式44-54
• 4.4 與保溫材料復(fù)合54-56
• 4.5 摻和輕骨料56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-59
• 第5章 空心砌塊優(yōu)化設(shè)計(jì)模型59-64
• 5.1 模型優(yōu)化設(shè)計(jì)59-60
• 5.2 模型數(shù)值模擬60-62
• 5.3 本章小結(jié)62-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-67
• 6.1 課題總結(jié)64-65
• 6.2 課題發(fā)展展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄72-73
• 致謝73

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