自保温砌块墙体在夏热冬冷地区的传热性能研究*
王庆轩，石云兴²，屈铁军，刘伟”，倪坤”
（1.北方工业大学建筑工程学院，北京100041：2.中国建筑服份有限会司技术中心，北京101300）
[摘要〕对陶粒泡沫混凝土翻块、加气混凝土确块、土砖以及细石空心混凝土砌块（填充聚苯板/未填充聚苯板）5体的热稳定性以及湿差、环境提度以及湿度传感器的分布对传热系数的影响进行了分析.结果表明，190mm厚购 种翻体材料进行研究，并建立了多材料围护结构模型，采用热流计法同步测试了各墙体的传热系数.此外，还对墙粒泡沫混极土砌块和加气混凝土砌块墙体以及290mm厚填充案苯板的细石空心混极土砌块墙体的传热系数均<1.0W/（mK）：虽然陶粒泡沫混凝土砌块的传热系数与填充豪苯板的细石空心混极土砌块基本相同，但前者块体 容重却远比后者低.此外，还得到了陶粒泡沫混凝土翻块墙体传热系数的线性预测模型. [关键词】砌块：请体：多材料围护结构模型：热流计法：传热系数 [中图分类号】TU522.3[文献标识码]A[文章编号】1002-8498（2014）24-0019-05 StudyonHeatTransferPerformanceofSelf-insulation Block Walls in HotSummer and Cold Winter Area Wang Qingxuan' Shi Yunxing” Qu Tiejun' Liu We° Ni Kun²1. College ef Architecure and Cisil Enginering Nrth Chin Unisersity of Techology Bejing100041 Chine;2. China Stale Construction Engineering Co. Lad. Techsical Centre Beijing 101300 China) Abstraet:Five kinds of masonry materials including ceramsite cellular concrete block aerated concretepaper. Multi-material cnvelope model was created with the masonry materials above and heat transfer block elay brick and fine stone conerete hollow blocks with or without EPS filing were studied in thiscoeficients of corresponding walls were measured with the method of heat flow meter. Thermal stability ofthe walls and effeets of regular variations of temperature difference ambient temperature and thedistribution of temperature sensors on heat transfer coefficient were analyzed. The results show that heattransfer coefficients of the walls of ceramsite cellular concrete aerated concrete and concrete hollow block with EPS flling are less than 1. OW/( m² K) although heat transfer coefficients of both ceramsitecellular concrete block and conerete hollow block with EPS flling are basically the same block bulkdensity of former is much less than that of the latter. In addition linear predictable model on the heattransfer coefficient of ceramsite cellular conerete block wall is put forward. Key words ;blocks;walls;multi-material envelope model; heat flow meter; heat transfer coeficients 的青睐，是一种新型自保温墙体材料. 0引言 随着建筑节能的推进，传统墙体材料（黏土砖、渐增多，而陶粒泡沫混凝土砌块以其质轻、强度可据的可比性差，影响对其热工性能的准确评价.靠、保温性能好、便于施工等优点逐渐受到建筑界 然面随着新型墙体材料的不断推出，有些材料各种机制实心砖、混凝土墙体等）的应用比例逐渐的热工参数已显陈旧，许多定量指标引自20世纪混凝土砌块、细石空心混凝土砌块或复合墙体）逐源和测试条件的不统一使得不同材料间的节能数 热流计法作为目前国内外常用的现场测试方法，被广泛应用于单块试件、单面墙体或单一材料围护结构的传热性能测试.面本试验自行设计 了多材料围护结构模型（墙体材料包括陶粒泡沫混凝土砌块、加气混凝土砌块、黏土砖以及细石空心 混凝土砌块（填充聚苯（EPS）板/未填充聚苯板））， 并将热流计法应用于多材料围护结构各砌块墙体传热性能的同步测试，不仅保证了测试条件的统一，增加了数据的可比性，而且各砌块墙体传热性能的测试条件更接近其实际工况，提高了数据的可靠性，为节能标准的完善和更新提供了有益的参考. 1试验原理 本试验采用热流计法对各砌块墙体的传热性能进行测试.其本质是基于一维稳态传热原理，在围护结构两侧人工构造温差，且控制温差在10℃以失，从而测出热流计冷端温度和热端温度t，即可 上，同时假定热流垂直通过热流计面不向两侧散由下列公式计算出被测围护结构的热阻和传热系数. 图11周期的热流及温度Fig.1Heat flow and the temperature after one cycle 为590mm×390mm×190mm，内置1排直径为75mm的圆形孔，绝干容重为600kg/m²，块体容重为 480kg/m²，抗压强度为4.6MPa，吸水率为38.4%，如图2a所示. (1) 2）加气混凝土砌块简称AC，外形尺寸为590mm×240mm×190mm，绝干容重为600kg/m²，抗压强度为2.98MPa，吸水率为69.5%，如图2b 所示. (2) K=RR R.式中：K为围护结构的传热系数，W/（m²K）；R为 围护结构的热阻，m²K/W；R为内表面换热阻，m².K/W，取0.11m²K/W；R.为外表面换热阻，m²K/W，取0.04m²K/W；E为热流计读数，mV，可通过温度热流巡检仪测得；C为热流计系数，W/（mmV）.本试验用热流计系数为12W/（m²mV）. 3）细石空心混凝土砌块（未填充聚苯板）简称FSCHB，外形尺寸为390mm×290mm×190mm，内置3排矩形孔，块体容重为1008kg/m²，如图2c所示. 4）细石空心混凝土砌块（填充聚苯板）简称FSCHB（EPS），外形尺寸为390mm×290mmx190mm，内置3排矩形孔，且外侧2排孔填充聚苯板，如图2d所示. 在测试过程中，通过墙体的热流密度以及墙体内、外表面的温度分别采用热流计和温度传感器测定，然后采用JXJ-I型温度热流巡检仪进行数据采集，再通过计算机处理，输出热流数值和温度读数（见图1），从面计算出热阻值及传热系数值.测试 过程中，需待墙体蓄热稳定后进行数据的正式采集.本试验采用累计式测法，每半小时记录数据1次，测试周期为1周. 5）黏土砖简称CB，外形尺寸为240mm×115mm×53mm，绝干容重为1600kg/m². 2.2试验模型设计与搭建 本试验自行设计出多材料围护结构模型（见图3），通过人工环境控制法维持温度的相对恒定和保 证室内外温差.此外，为使传热过程接近一维传热，本试验各砌块墙体的砌筑高度和宽度近似为其厚度的8倍. 2试验方案 2.1各砌块特征 本试验共研究了陶粒泡沫混凝土砌块、加气混凝土砌块、黏土砖以及细石空心混凝土砌块（填充聚苯板/未填充聚苯板）5种类别，构造如图2所示. 模型各面墙体分别用陶粒泡沫混凝土、加气混凝土、黏土砖以及细石空心混凝土砌块（填充聚苯 1）陶粒泡沫混凝土砌块简称CCC，外形尺寸 图2试验砌块构造Fig. 2 Tested block strueture 图4热流计与温度传感器布置Fig.4Layout of heat flow meter and temperature sensor 在围护结构两侧温度分别为（10±3）℃，（26±3）℃情况下，各墙体热阻和传热系数的测试结果如表1所示. 表1各确块墙体的热阻和传热系数Table 1Thermal resistance and heat transfer coefficient of each block wall 墙体 墙体厚外侧湿内侧湿 热图/ 传热系数/类型 度/mm 度/℃ 度/℃ （m²-K- w-') （m²-K)-) （w.0 190 7.2 28. 4 0.913 0. 940FSCHB(EPS)290 AC 190 7.5 7.3 27.3 26.5 0.988 0. 899 0.879 0.953FSCHB CB 290 8.7 24.6 0.463 1.631240 11.3 23.7 0. 270 2. 379 图3试验模型Fig.3 Testing model 板/未填充聚苯板）5种砌体材料砌筑面成，各墙体相互搭接紧密，密封性好，对湿度变化敏感.为更好地控制温度，地面由190mm厚陶粒泡沫混凝土保墙体采用满粘法黏结.另外考虑到模型要易于封 温砌块铺砌面成：屋顶由100mm厚聚苯板与各砌块闭，封口使用150mm厚樱形聚苯板，其中未开洞口的墙体用于传热系数的测试.本试验的测试是在源模拟夏热冬冷地区冬季的采暖环境.此外，为保 更易保证温差的冬季进行，通过在模型内设置加热证模型房内温度场纵向的均匀性，热源采用纵向布置的电热源. 加气混凝土砌块墙体以及290mm厚填充聚苯板的 由表1可知，190mm厚陶粒泡沫混凝土砌块和细石空心混凝土砌块墙体的传热系数均1.5W/（m²K），必须采取相应的保温措施，才能满足不同分区的节能设计标准.
2.3热流计和温度传感器布置
高度为900mm，且应尽量粘贴在各墙体的平面中 本试验采用RLJ-10050B型平板式热流计，粘贴心，同时避开灰缝.热流计采用黄油或导热硅脂粘贴，并在其周边用石膏抹成缓坡，以减少边界条件的影响，最后，采用黏性较强的胶带十字形固定.
充聚苯板后，其热阻由0.463m²K/W增加到 此外，在细石空心混凝土砌块的外侧2排孔填0.899m²K/W，增大了94.0%，同时传热系数由1.631W/（m²K）减小到0.953W/（m²K），减小为原墙体传热系数的58.4%.可见，在孔洞中填充聚苯板能够显著改善细石空心混凝土砌块墙体的保 温性能.
别粘贴在被测墙体的内外表面，考虑到模型内湿度 温度传感器采用PT1000铂电阻式热电偶，分分布不均匀，本试验分别在距热流计中心300，400，500mm的四周均匀布置4个温度传感器（见图4）.面模型外环境温度比较均匀，仅需在热流计中心对应位置布置1个温度传感器.此外，传感器的 外表面均覆盖锡箔纸，以消除热辐射的影响.
3.2墙体的热稳定性
围护结构的热传递是一个十分复杂的过程，受多种因素影响，主要包括墙体两侧温差、内外表面 换热系数、墙体传热阻以及热传递过程中的蓄热、放热过程.其中，墙体传热阻只代表围护结构抵抗导热的能力，只能作为建筑围护墙体稳定传热的评
3试验结果及分析
3.1各砌块墙体的热阻和传热系数
万方数据
不稳定传热状态.此外，作为自保温墙体材料的趋 价指标，而对于实际结构来说，围护墙体经常处于势，轻质微孔墙体材料的蓄热系数一般较小，且结构轻薄，对不稳定热作用响应敏感.因此，单独研究传热阻和蓄热系数意义不大，此时一般采用围护体的热情性指标来评价围护墙体的热工性能. 墙体的传热阻和材料的蓄热系数的乘积即围护墙
对于陶粒泡沫混凝土砌块墙体，其传热阻R=0.9130.110.04=1.063m²K/W，蓄热系数S=4.856W/（m²K），则墙体的热情性指标D=RS= 5.162，与加气混凝土（D=3.91）相比，其热情性指标增加了32%，热稳定性较好，属于Ⅱ型围护结构.
图5不同温差下的传热系数Fig.5 Heat transfer coefficient at thetemperature difference
W/（m²K），两者仅相差1.6%.
温差控制不当，则会直接导致墙体的多维传热.湿 控制好温差是保证一维传热的关键因素.若差越小，多维传热越明显，且热传导越削弱，从而热损失越大，通过热流计的热流密度就会越小，进而热阻增大，传热系数减小.这也证明了拟合公式中传热系数与温差正相关的关系.对于夏热冬冷地 区，月平均最高室内外温差为30℃，由拟合公式可算出190mm厚陶粒泡沫混凝土墙体的传热系数为0.995W/（m²K）.因此，对于夏热冬冷地区，采用190mm厚陶粒泡沫混凝土砌块墙体以及普通饰面砂浆即可满足建筑围护结构的正常使用要求以及 公共建筑节能设计标准.
3.3温差对传热系数的影响
传热过程的程度与围护结构两侧的温差有关，许多材料、制品和系统在典型的使用温差时， 可能呈现复杂的关系.在这种情况下，使用一个典型的使用温差进行测定，然后在一定温差范围内测定近似关系是合适的，且在较宽的温差范围内可能是线性关系".
已有相关的研究.如现场试验的预测模型、考虑 目前，国外对于围护结构传热系数的预测模型风速和相对湿度的预测模型”等.本试验通过在模型周围设置挡风墙，以忽略风速的影响，并结合试验结果，建立了传热系数和温差之间的预测模型.以陶粒泡沫混凝土砌块墙体为例，其在不同温 差下的传热系数如图5所示.
3.4测试环境温度对传热系数的影响
各砌块墙体在不同测试环境温度下的传热系数如图6所示.
从图5可以看出，不同温差下的传热系数近似为一条直线，故可选择线性函数作拟合曲线，经计算，传热系数与温差（T.）之间的拟合公式为：K=0.0048T.0.8533（R²=0.88）.表1中显示，当 室外温度为7.2℃，室内湿度为28.4°℃时，实际测得的传热系数为0.940W/（m²K），而由拟合公式计算出的陶粒泡沫混凝土墙体的传热系数为0.955
图6显示，在温差分别为20℃和30℃时，随着测试环境温度的升高，各砌块墙体的传热系数均呈减小趋势.对于夏热冬冷地区，月平均最高室内外温差为30℃时，加气混凝土砌块墙体传热系数的减小幅度最大，为11.4%，依次为黏土砖墙体 （9.7%）、陶粒泡沫混凝土砌块墙体（6.0%）、未填
图6不同环境温度下各砌块墙体的传热系数
Fig.6Heat transfer coefficient of ench block wallat the different environment temperature
万方数据
充聚苯板的细石空心混凝土砌块墙体（5.7%）和填数的限值要求；190mm厚陶粒泡沫混凝土砌块墙体外，对比图6a和图6b可知，各砌块墙体30℃温差对应的传热系数均>20℃温差对应的传热系数，这与由陶粒泡沫混凝土砌块墙体拟合公式得到的传热系数规律相吻合.
体传热系数基本相同，但前者的块体容重却比后者降低超过50.0%，可有效减少施工的人力和机械成本.
构，且陶粒泡沫混凝土砌块墙体传热系数的线性预 2）陶粒泡沫混凝土砌块墙体属于ⅡI型围护结测模型：K=0.004870.8533（R²=0.88）.
对于加气混凝土砌块墙体和黏土砖墙体，较大的吸湿性使得其对环境变化的响应更敏感.在测试周期内，随着测试环境温度的升高，墙体平衡含湿率降低，传热阻增大，导致墙体的传热系数减小.而对于填充聚苯板的细石空心混凝土确块墙体，极 低的吸水率（0.7%）以及聚苯板的阻隔作用使得温度变化对墙体本身的平衡含水率影响很小.因此，墙体的传热系数减小幅度最低.
3）在温差保持不变的条件下，随着测试环境温度的升高，围护结构的传热系数呈减小趋势，且加为11.4%. 气混凝土砌块墙体传热系数的减小幅度最大，
参考文献：
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3.5温度传感器的分布对传热系数的影响
计中心300，400，500mm的位置，位置不同时，各砌 本试验中，温度传感器分别均匀布置在距热流块墙体的传热系数如表2所示.
表2各确块墙体的传热系数Table 2 Heat transfer coefficient for each block wall
度传感器 w-（m²-K）-1距热流计中 心距离 CCC AC FSCHB (EPS) FSCHB CB300mm 400mm 0.9400.871 0.9470.879 0.942 0.953 1. 631 2.333 2.379500mm 0.9420.874 160 1.609 1.616 2.324误差/% 0.7000.900 1.300 1. 400 2. 400
从表2可以看出，温度传感器与热流计中心的距离分别为300.400.500mm时，除黏土砖墙体外， 其他各墙体传热系数的测试差异均<2.0%.相对其他各墙体材料，黏土砖尺寸最小，在相同的墙体面积下，灰缝（热桥）占据的比例最大，因此，黏土砖墙体传热系数的测试差异最大，为2.4%.又陶粒泡沫混接土砌块墙体和加气混凝土砌块墙体的厚 度均为190mm，因此，当墙体的高度和宽度近似为其厚度的8倍时，为得到稳定的传热系数，温度传感器的位置应满足：以墙体的平面中心为圆心，以1.5h~2.5h（h为墙体厚度）为半径的圆.此时，墙体传热系数的测试误差<1%. 港珠澳大桥成功“登陆”珠澳口岸人工岛 12月15日，中铁大桥局港珠澳大桥CB05标段成功架设了位于219-220号墩的钢混组合梁，这是 该标段自2013年12月2日成功架设首梁以来累计架设的第120片.它的成功架设，使得主桥得以与珠澳口岸人工岛连成一体，顺利完成“登陆”，这标志着工程建设进人了全新阶段.大桥建设者以实 际行动，优质高效打造这一世界级跨海通道，为庆祝澳门回归15周年献礼. 12月20日，澳门即将迎来回归15周年，15年来，在”一国两制”的框架下，国家不断出台举措，为澳门繁荣稳定保驾护航.港珠澳大桥的开工修建 是粤港澳三地合作共建的一次成功探索.这一快速通道的建成，必将连楼起世界上这一最具活力的经济区，对促进香港、澳门和珠江三角洲西岸地区经济上的进一步发展具有深远意义. 4结语 1）在孔润中填充聚苯板，能够显著改善细石空心混凝土砌块墙体的保温性能：190mm厚陶粒泡沫混凝土砌块和加气混凝土砌块墙体以及290mm厚 填充聚苯板的细石空心混凝土砌块墙体的传热系数均<1.0W/（m²K）.能够满足《公共建筑节能设计标准）GB50189-2005有关夏热冬冷地区传热系 （摘白“人民铁道网“2014-12-17）
