自保溫承重混凝土多孔磚墻體熱橋部位的數值模擬研究

李明 劉傳卿

（1.中國建筑工業出版社 北京 100037 2.山東省建筑科學研究院 山東濟南 250031）

引言

熱橋部位是建筑圍護結構中傳熱量大、熱流密集、內表面溫度較低的部分。在室外較為寒冷的情況下，會直接影響砌體建筑物的節能效果[1]，對熱橋部位的傳熱情況進行分析是十分必要的。本文以自保溫承重混凝土多孔磚為分析對象[2]，對熱橋部位開展了溫度場分布及結露分析，所得成果可為節能設計提供參考。

目前我國相關規范對圍護結構的傳熱分析是基于一維傳熱模型開展的，這一方法對造型簡單、單一的墻體較為適用。然而，隨著大量新型節能墻材的推廣應用，造型復雜的節能墻材層出不窮，簡單的一維傳熱模型已無法滿足這類新型墻材傳熱分析的精度需要。基于新型墻材的造型特點，建立二維傳熱模型開展相關分析是解決上述問題的重要手段之一。

本文以一種新型的節能墻材——自保溫承重混凝土多孔磚為分析對象，針對砌體建筑物中四種不同的常見熱橋部位建立二維傳熱分析模型，并對其溫度場分布及傳熱規律開展深入研究，分析不同熱橋部位的結露狀況，研究成果可為該新型節能墻材建筑節能技術的發展提供借鑒及參考。

本文建立的傳熱模型基于以下假設：①自保溫墻體材料為常物性；②自保溫墻體的冷端、熱端與環境之間的傳熱設定為第三類熱邊界條件；③自保溫墻體遠端的斷截面處于動態熱平衡狀態，相互傳遞的凈熱流為零，其截面設定為第二類熱邊界條件（絕熱邊界條件）。

由于實際磚體中，XPS板的兩側邊緣具有復雜的燕尾型卡槽，因此在建立數值分析模型過程中，完全按照磚體的實際造型建立二維有限元模型是不必要的，而且會導致計算效率低下，因此應建立合理的簡化模型。其中一種為多孔磚的精細化有限元分析模型，該模型針對原磚體開展了初步的簡化，將孔洞的圓角轉為直角，燕尾槽處的XPS板兩側邊緣進行了輕微的調整，這一措施保證了精細模型與原磚體的等效。另一種為多孔磚的深度簡化模型，XPS板兩側的燕尾槽造型直接改為矩形狀，較為明顯的簡化了數值模型。

1 溫度場分布

由溫度場分布云圖可得，等溫線在XPS保溫板處十分密集，說明保溫材料傳熱系數較小，溫度梯度較大，自保溫多孔磚中內嵌的XPS保溫板起到了一定的隔熱作用。圖1為陰角熱橋部位的溫度值隨不同路徑的變化曲線。由溫度值隨不同路徑的變化曲線對比可得，陰角熱橋部位的保溫效果良好，其路徑1（熱橋部位）的溫度值略高于路徑2（墻體厚度方向）的溫度值，這是由于在陰角熱橋部位，自保溫多孔磚的特殊造型保證了陰角熱橋處混凝土構造柱存在兩個表面受到XPS保溫板的包裹，該構造措施明顯的提高了陰角熱橋的熱阻，更有效地阻隔了熱量的傳遞。

2 結露分析

本節針對四種熱橋部位的結露情況開展分析。依據《實用供熱空調設計手冊》可得，濟南全年出現的最低極限溫度為-14.9℃。為闡明外圍護結構墻體內壁面結露的臨界溫度，室外溫度自0℃取至-20℃，每相隔2℃即針對不同熱橋部位開展溫度場傳熱分析。圖2為不同熱橋部位最低內壁溫度隨室外溫度的變化曲線。由圖可得，不同熱橋部位的最低內壁溫度隨室外溫度的降低而呈現線性遞減的變化趨勢，其中丁字型熱橋部位的室內壁最低溫度最低，陰角熱橋部位的室內壁最低溫度相對較高。選取相對濕度為60%，依據濕空氣焓濕圖可得，室內空氣的露點溫度為10℃。由圖可得，當室外溫度不低于-18℃時，采用自保溫承重混凝土多孔磚作為外圍護墻材，即可保證建筑物中常見的四種熱橋部位均不會發生結露現象。

圖1 陰角熱橋部位溫度值隨路徑的變化曲線

圖2 不同熱橋部位最低內壁溫度隨室外溫度的變化曲線

3 結論

本文以自保溫承重混凝土多孔磚為墻體基材，針對熱橋部位開展了傳熱數值分析，得到了以下結論：

（1）在不同的熱橋部位中，等溫線在XPS保溫板處十分密集，溫度梯度較大；經對比分析可得，陰角熱橋部位的保溫效果最好。

（2）經變參分析可得，以自保溫承重混凝土多孔磚砌筑的建筑物，當室外溫度不低于-18℃時，本文分析的四種熱橋部位均不會發生結露現象。

[1]郁文紅，楊 昭.采暖居住建筑節能改造熱工性能分析[J].節能，2005（4）：49～51.

[2]邢國起.一種新型保溫混凝土多孔磚的研究[J].長春工程學院學報（自然科學版），2009，10（1）：29～31.