热激活相变复合墙体动态热特性与节能潜力

为提升老旧建筑热工性能,基于中国北方清洁供暖背景,提出一种利用夜间低谷电力制取低品位热水作为热源,进行蓄能的热激活相变建筑系统。建立了典型热激活相变复合墙体传热模型并与参照实验进行验证,在寒冷地区供暖季气候条件下,模拟分析了管间距、相变层厚度和朝向等因素对复合墙体热特性以及节能潜力影响。结果表明：将集成内嵌管的相变夹层置于墙体与外保温之间具备技术可行性,可大幅提升墙体热工性能;以南墙为例,因墙体引起的热负荷和一次能源消耗分别减少105.5%和14.07%;管间距相比相变层厚度影响更为明显,综合考虑热阻及蓄放热特性,管间距100 mm和相变层厚度30 mm较优;朝向对复合墙体影响较大且北墙提升最为明显,与南墙相比其一次能源消耗和运行费用减少率分别高出20.3和9.0个百分点。研究结果为热激活相变围护结构设计及其在清洁供暖和超低能耗建筑应用中提供了参考。     

HPFL加固前后空斗墙片抗侧刚度试验

为了解空斗墙的抗震性能,对9片空斗墙墙体进行了水平低周反复荷载试验,研究了空斗墙墙体抗侧刚度及刚度退化情况,再通过9片经高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(High Performance Ferrocement Laminate,简称HPFL)加固修复的空斗墙墙体的水平低周反复荷载试验,对加固前后空斗墙片各个阶段的抗侧刚度进行了对比分析。试验表明,空斗墙的砌筑方式、砂浆强度和竖向压应力对墙体初始刚度有所影响,但不能明显延缓墙体刚度退化的速度;加固后的墙体极限荷载刚度均有所提高,圈梁构造柱加固所提高的幅度高于剪刀撑加固。可为研究空斗墙抗震性能提供必要理论,为寻求经济有效的加固方式提供思路。     

几种复合墙体构造的热工性能数值分析

鉴于夏热冬冷地区的气候特点,针对内外保温形式、保温厚度、保温材料、主体墙不同的情况,建立物理数学模型,计算材料及墙体构造特性,采用Fluent软件模拟对比分析不同构造墙体的热工性能,并将内外壁面温度(夏季)进行对比。模拟结果表明:在同一温度波连续作用下,墙体外壁面平均温度与墙体构造基本无关;对比热惰性指标和传热系数相同但保温形式不同的墙体构造,外保温墙体比内保温墙体温度波衰减度大,延迟时间更长,内壁面温度波动幅度小,抵抗室外温度波变化能力强,热稳定性更好;对比主体墙材料相同但保温材料不同的墙体构造,说明热惰性指标和传热系数并不能完全用来综合评价保温隔热效果,温度衰减倍数大的材料节能性能更好。     

拉萨地区节能墙体对室外综合温度扰量的频率响应

采用四阶谐量傅氏级数表达的室外综合温度函数作为墙体外侧的边界条件,利用墙体热工系统理论分析了拉萨地区节能墙体不同朝向和不同构造对延迟时间与衰减倍数的影响。分析结果表明,墙体的朝向、墙体构造方式、墙材的热物理参数等均对延迟时间和衰减倍数具有显著影响,其中以蓄热系数较大的灰沙砖为主体材料的外保温构造墙体具有最大的衰减倍数和较长的延迟时间。     

实体墙热工性能的数值解

实体墙热工性能,过去多用简化计算和试验房测定法加以评价.但这些方法所得数据,前者不够精确,后者则有较大的局限性,同时也会带来计算和测量方面的误差.本文用计算机直接求解墙体导热微分方程,便可获得在任意外界条件作用下的墙体内表面温度.这样便可较精确地、方便地评价各种材质组成的墙体的热工性能.又,本课题还建立了过去无法计算的通风墙体的数学模型和计算程序.因此这是一项开拓型的工作.用数值计算法取代传统方法研究建筑热工性能,其前景是令人鼓午的.     

农村砖砌空斗墙建筑的抗震加固

为提高空斗砖墙建筑的抗震性能,针对农村民居中大量存在的空斗墙砌体房屋的抗震性能从试验到工程设计开展研究,对空斗砖墙试件加固前、后的抗震性能进行大量的试验、比较.试验结果证明,通过复合砂浆钢筋网加固后的空斗砖砌体结构的初裂荷载和极限荷载均大幅度提高平均约60%,其刚度、延性、整体性和抗震性能也都被明显提高.根据试验结果提出了复合砂浆钢筋网薄层对空斗墙圈梁、构造柱、剪刀撑的加固方法.该技术性能可靠、构造简单、经济实用、适合在我国广大农村推广使用,对空斗墙农居的抗震加固方法可供广大工程师参考借鉴.     

自保温墙体材料热工性能试验研究

为解决对淤泥烧结型自保温墙体材料节能性能的评价问题,设计出墙体材料热工性能的具体测试方案。热工性能测试可以得出墙体材料的主要热工参数;具体实例分析证明,对测试结果的研究,可以实现对墙体材料热工性能的综合评价,也为建筑物的节能效果评价提供有力依据。     

建筑节能墙体砌块空心率的热反应分析

为了研究不同空心率条件下三排孔混凝土墙体砌块的动态传热特性,应用反应系数法,通过分析空心率为22.81%～52.14%空心砌块内侧的壁面反应温度,认为当空心率为42.36%～47.25%时,围护墙体的热特性才能达到节能墙体的要求,并采用热箱法对三排孔混凝土墙体砌块热阻的实验研究,证明了只有当空心率为42.36%～47.25%时,热阻值才能基本满足节能的要求,同时验证了理论研究的合理性.     

磷石膏空腔模无梁屋盖等效热阻理论分析

磷石膏空腔模无梁楼(屋)盖是以预制磷石膏空腔模为永久性施工内模的整体现浇空心板,具备混凝土用量优于实体板、结构高度小、施工便捷等优势,但对该类新型结构体系的热工性能研究尚鲜见报道,热工设计参数的缺乏阻碍了该结构体系的进一步推广应用。本文以T形截面双向密肋式磷石膏空腔模无梁屋盖为研究对象,建立6种截面高度的传热模型及模拟电路,根据等效热阻理论,计算夏季隔热及冬季保温两种工况的等效热阻,并与实心混凝土屋盖、自保温混凝土屋盖对比分析。研究表明:夏季隔热工况的等效热阻比冬季保温工况大;磷石膏空腔模无梁屋盖的保温隔热性能比实心混凝土屋盖好,但其热阻小于自保温混凝土屋盖临界热阻,基于热工性能的截面形式有待进一步改良。     

相变温度对相变蓄能墙体热性能影响特性

采用一维焓法模型分析了含相变材料(PCM)墙体中PCM的相变温度与墙体所处的热环境的关系对墙体热性能的影响特性,得到可显著提高该种墙体热性能的规律.首先,PCM发生完整的熔化与凝固过程、且在相变结束时留有少量未熔化或未凝固的PCM,是含PCM墙体达到较高热工性能的保证;其次,墙体所处环境温区的中心温度与PCM相变中心温度相等,是墙体中PCM能否发挥出蓄能性能的基本条件,二者的少许持续性偏离都会造成PCM的效果大打折扣;另外,墙体中PCM利用率越低,对周围温度波动的控制能力越强,PCM墙体的热工性能越好.     

一种新型保温混凝土多孔砖的研究

新型保温混凝土多孔砖在生产过程中实现了混凝土多孔砖与EPS板的一次成型。通过EPS板与混凝土燕尾连接及内部设置钢丝连接,使承重区、保温区、保护层三者牢固结合在一起。对采用带有灰缝阻热条的保温混凝土多孔砖砌筑的墙体与不带灰缝阻热条的保温混凝土多孔砖砌筑的墙体进行传热系数对比试验,前者比后者低45%,可满足当前国家房屋建筑节能65%的要求。     

烧结页岩清水砖抗冻性能研究

广西科技大学新型建筑材料课题组前期试验数据作为理论依据,以烧结页岩砖的原料物理性质为基础,研制开发烧结页岩清水砖。为了进一步研究烧结页岩清水砖的抗冻性能,通过将烧结页岩清水砖与普通烧结页岩砖试件的理化成分与微观结构进行对比分析,再进行冻融循环对比试验,以及砖体在饱水状态下的导热系数测定,得出清水烧结页岩砖抗冻性能要优于普通烧结页岩砖。试验结论为:烧结页岩清水砖抗冻性能达到《墙体材料应用统一技术规范》GB 50574-2010相关指标。为后续试验提供相关数据,为烧结页岩清水砖的推广奠定基础,并建议将饱水状态下的砖体导热系数作为砖体抗冻性能指标之一。     

Constructal optimization on T-shaped cavity based on entransy dissipation minimization

The entransy dissipation extremum principle provides new warranty and criterion for optimization of heat transfer. For a heat transfer model of a rectangular solid wall with an open T-shaped cavity, a dimensionless equivalent thermal resistance based on entransy dissipation is taken as optimization objective, and constructal optimization for the model is carried out when the system volume, the cavity volume and the volume of rectangle occupied by T-shaped cavity are fixed. Numerical results indicate that the optimal geometry construct of cavity can be schemed out based on entransy dissipation extremum principle. The formulation of dimensionless global （maximum） thermal resistance presented in a literature is modified; some new rules which are different from those reported in the literature are obtained based on the minimization of the modified objective. Comparisons of the numerical results show that the optimal system constructs deduced respectively from the two thermal resistance objectives are very different. The optimization by taking equivalent thermal resistance minimization as objective can more effectively reduce mean temperature difference of heat transfer than the optimization by taking maximum thermal resistance minimization as objective, so that the performance of heat transfer for the total system can be improved. The more freedom the cavity has, the better the total system performance is. The correlations of the equivalent thermal resistance and the maximum thermal resistance of the system and three geometric degrees of freedom are found by using function fitting.     

热管热性能的实验研究

进行了热管与铜棒热性能的对比实验。实验结果表明,只有当速度场、温度场和重力场协同时,热管才具有最佳传热能力。热管总热阻随倾角变化,逆重力工作时的总热阻分别是重力辅助和水平工作的100倍和10倍;热源在上垂直热管的蒸发端和冷凝端的当量换热系数分别是水平放置热管的4倍和3倍;铜棒热阻是相同尺寸热管垂直热源在下时的100倍以上,体现了热管热阻小、传热系数大及等温性好的优势。     

橡胶混凝土砖填充墙的抗震性能

采用有限元方法分析了橡胶混凝土砖填充墙-框架体系的滞回性能.橡胶砖的滞回曲线饱满,其耗能面积比粘土砖大, 耗能系数是粘土砖结构的1.17倍.橡胶砖结构刚度较小,整体结构刚度低于粘土砖结构.橡胶混凝土砖结构的延性优于粘土砖结构,其结构体系具有良好的延性,能提高结构的抗震性能. 橡胶砖结构具有良好的吸耗能能力,保证结构在地震作用下具有良好的变形能力.     

温湿度对轻质烧结页岩砖节能墙体传热系数的影响

本试验利用烧结页岩砖砌筑了三面试验墙体,并分别在其中两面墙体的冷、热表面粘贴XPS挤塑聚苯乙烯泡沫板,制成外、内保温墙体,通过控制变量法观测三面试验墙在不同温湿度情况下轻质烧结页岩砖节能墙体传热系数的变化,从而得到温湿度对轻质烧结页岩砖节能墙体传热系数的影响。     

自保温混凝土-秸秆复合砌块热工性能研究

稻草秸秆作为一种新兴的绿色可再生建筑材料,在农村建筑节能开发中具有广阔的应用前景.设计了一种自保温混凝土-秸秆复合砌块,组成方式为在混凝土小型空心砌块孔洞中填充秸秆芯材.根据传热学基本理论对秸秆填充率分别为30%,35%,40%,45%,50%且长宽比不同的15组混凝土-秸秆复合砌块模型进行热工性能理论计算与模拟.研究结果表明:新型复合砌块的热工性能随着秸秆填充率的增大而加强;秸秆芯材横截面长宽比对复合砌块的传热系数影响很大,长宽比越大,传热系数越小,热工性能越好;当秸秆填充率为50%,且秸秆芯材横截面长宽比在规定范围内最大时,复合砌块热工性能较好,传热系数为0.851 W/(m2·K),保温性能远远好于相同尺寸下未填充秸秆芯材的混凝土小型空心砌块,建筑节能率达到56.2%,充分体现出该新型复合砌块的优越性.     

固化湖泊淤泥烧结砖的性能与微结构

以固化湖泊淤泥为主要原材料,采用真空挤压塑性成型技术制备并经烧结得到小样砖.对原材料进行理化性能分析发现,少量固化剂的加入并未明显改变淤泥的塑性指数、氧化物组成、矿物组成等,但对成型性能有一定的影响.测试并比较了湖泊淤泥、固化湖泊淤泥实验室小样砖坯体的干燥线性收缩、烧结后小样砖的体积密度、吸水率、强度、导热系数、抗冻性等.研究发现,当固化淤泥掺量为90%,煤渣掺量为10%时,可制备出坯体干燥线性收缩为5.42%,成品吸水率为18.2%,强度为15.8 MPa的小样砖,其综合性能较未经固化处理的湖泊淤泥烧结小样砖略差.采用SEM和MIP等测试手段对其微结构进行研究,结果表明,固化淤泥烧结小样砖与相同煤渣掺量的湖泊淤泥烧结小样砖相比,其微观结构更为疏松,未被玻璃相包裹的颗粒及未被填充的孔隙更多,孔隙率较大是导致其强度较低、吸水率较高的主要原因,但同时,其导热系数略低.2种烧结小样砖均具有好的抗冻性.     

单回路脉动热管传热性能的试验

通过对单回路紫铜-水脉动热管在风冷方式和定热流加热条件下,稳定运行时的传热性能的试验研究,得到管壁温度沿管长的变化规律,冷热段均温和温降(或温升)、传热温差、传热热阻随传热功率的变化特性.分析了充液率和管径对热管传热性能的影响.结果表明:冷热段均温、传热温差随传热功率的增加而增大,传热热阻随传热功率的增加而减小;小传热功率时,传热热阻对传热功率、管内径和充液率的变化较为敏感;减小充液率,增大管内径,增加传热功率可明显降低热管的传热热阻;较高传热功率时,充液率、管内径和传热功率对传热热阻的影响较小,影响传热热阻的主要因素是冷却热阻,可通过增加管外径或改善冷却条件来降低传热热阻,提高传热性能.     

寒冷地区复合自保温砌块墙体热湿耦合迁移特性研究

为了研究自保温砌块墙体的热湿耦合传递规律,将当前主流构造型式的复合自保温砌块墙体与同等厚度的外保温墙体进行对比。以寒冷地区保定市为例,通过数值软件进行模拟计算,分析自然环境下墙体内部的热湿耦合传递过程。模拟结果表明:自保温砌块墙体的保温隔热效果优于外保温墙体。在夏季工况下,墙体湿风险较低,不存在霉菌滋生与冷凝风险。在冬季工况下,自保温砌块墙体内部湿风险均高于外保温墙体。填芯自保温砌块墙体、夹芯自保温砌块墙体、外保温墙体内部相对湿度最大值分别为73.9%、92.1%、68.6%。其中,夹芯自保温砌块由于空腔的存在降低了墙体的传湿阻力,相对湿度超过80%,湿积累明显且霉变风险较大,使得墙体长期使用稳定性与保温性能受到影响。因此,填芯自保温砌块具有更好的适用性,有利于减小建筑热湿负荷,降低建筑能耗水平。