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预制模块化高炉渣纤维保温外墙板传热分析

2024-01-04 31 上传者：管理员

摘要：该研究旨在分析预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的传热性能,评估其在建筑保温领域中的应用潜力。通过实验测试获取高炉渣纤维保温外墙板的物理性质和热导率,并进行传热分析。研究发现,预制模块化高炉渣纤维保温外墙板具有较低的热导率和良好的隔热性能。通过传热分析,观察到该外墙板可以有效地减少室内外温度差异,降低热能传递损失。此外,建筑内部的温度稳定性得到改善,达到良好的节能效果。基于传热分析的结果,预制模块化高炉渣纤维保温外墙板在建筑保温领域具备广阔的应用前景,有助于降低能源消耗,并提供舒适的室内环境。该研究为高炉渣纤维保温材料在建筑行业中的应用提供理论支持,为能源节约和减排作出贡献。

关键词：
传热计算
保温层
模块化
预制墙板
高炉渣纤维保温板外墙
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预制模块化高炉渣纤维保温板的外墙板结构具有复合特性。因此，在发挥传热作用时，需要结合各层面实际情况对传热效果进行分析。通过数据计算，对保温板外墙结构的传热质量、外墙结构传热时的能量消耗状态等进行全面了解。以便基于数据计算明确预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的应用效果。进一步基于数据计算结果优化传热效能，发挥好这一基础原材料在具体应用时的积极作用。

1、预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的基本构造

1.1基本结构

配置模块化高炉渣纤维保温外墙板包括3个基本结构。一是内叶板，二是保温层，三是锚固件。其中，内叶板是直接传热对传热效果影响最为显著的结构。常规内叶板一般会选用蒸压加气混凝土板作为原材料。各层面墙板结构，通过锚固件和黏结砂浆进行一体式连接。除了板材结构外，外部装饰层面也需要与上述几个层面实现黏结。此板材一般采用在工厂集中预制加工的生产方式，生产完成后，结合工程项目进度，按批量运入施工现场进行应用[1]。一般放置在主体板材的外侧。同时，也需要做好锚固处理。当墙体主体结构的施工完成后。可进一步在内部装修环节，对外挂的预制复合保温一体板进行保温处理，整个施工应用过程中的操作便捷性强，且由于可预制也能够节约一定的施工时间成本，是现阶段保温板中比较常见的原材料。

1.2应用优势

此类保温墙板在实践应用中对不同层面的原材料选择工作有严格的要求。一般情况下，会选择密度较高的硅酸钙板材进行应用，这类板材具有良好的厚度和强度，能够对保温层基础层面起到保护作用。另外，内保温墙板应用时，由于其自身强度与稳定性的优势，能够延长整个墙体的使用寿命，墙体性能也能同步实现改善[2]。除此之外，预制模块化高炉渣纤维保温外墙板在预制时可对其外观进行规整加工，选择不同的外观颜色和外观规格。这也有利于在施工应用时，发挥出一定的装饰性作用。建筑项目外观线条及色彩呈现视觉效果也能得到优化与丰富。

此外，选择预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的外观颜色和规格还可以与整体建筑设计风格相协调。不同的外观颜色可以匹配建筑的整体色调，使其融入环境中，并突出建筑的特点。同时，根据建筑的需求和设计要求，可以选择不同规格的外墙板，如不同尺寸、形状、纹理。这种定制化的外观设计可以满足不同建筑项目的个性化需求，创造出独特而吸引人的外观效果。预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的加工工艺也能够提供更高的装饰性能。在预制过程中，可以进行表面的加工处理，如刷涂、喷涂、纹理处理等，以增加外墙板的美观度和质感。这样的处理不仅可以改善建筑外观的整体效果，还可以增强其耐候性和抗污性能，延长外墙板的使用寿命。因此，选择预制模块化高炉渣纤维保温外墙板时，除了考虑其保温性能和材料特性外，还要注重其外观设计和装饰性能。通过合理的材料选择、外观颜色和规格的搭配，以及加工工艺的优化，可以使预制模块化高炉渣纤维保温外墙板在建筑中发挥更大的装饰作用，为建筑项目增添美感和价值。

1.3保温性能

预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的保温效果主要依赖于其内部的叶板结构。在保温作用发挥时，内叶板起到了关键的作用。通常情况下，内叶板采用蒸压加气混凝土作为原材料，这种材料相比于传统混凝土具有明显的优势。蒸压加气混凝土内叶板的成分包括硅质材料、钙质材料、铝粉和发泡剂。经过混合和加工后，铝粉发泡剂的作用使混凝土内部形成了大量的气孔结构。这种气孔结构能够降低材料的整体密度，从而提高保温性能。同时，气孔结构还能够增加材料的吸声性能和隔热性能，进一步提升墙体的保温效果。正是由于蒸压加气混凝土内叶板的这种特殊结构，预制模块化高炉渣纤维保温外墙板在建筑保温层施工中得到了广泛的应用。其不仅具有良好的保温性能，还能够提供较佳的隔热效果和吸音效果，有效改善建筑内部的舒适性。此外，预制模块化设计使得安装施工更加便捷，可以提高施工速度和质量控制，缩短工期。预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的内叶板采用蒸压加气混凝土材料，通过气孔结构来提升保温效果，并在建筑保温层施工中发挥了重要作用。

2、预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的传热效能计算

2.1建筑保温层发挥作用的形式与机理

基于不同的外墙传热方式，具体的传热机理有所差异。常见的传热方式包括墙体导热、空气对流换热、墙体之间辐射换热3种。其中，热传导和热对流分子热运动是能量传输的核心要义。而辐射则主要依靠电磁波发挥作用，在电磁波激发与吸收的整个流程中，同步完成能量传输的过程。对于民用住宅来讲，不同季节采暖设备与空调的应用会导致室内室外的环境温差有所扩大，热量会从墙体的高温区域传递到低温区域，达到保持室内外温度平衡的效果，这也是墙体保温材料发挥作用的基本目标。而材料构造与墙体两侧的温差是影响传热速度的关键指标。关于本文探讨的预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的热工性能分析计算，一方面要严格按照民用建筑热工设计规范进行标准化数据的查询分析[3]。另一方面，也要应用科学有效的公式完成计算过程。

2.2传热计算方法分析

2.2.1热阻计算方法

热阻的计算需要根据材料层的厚度、材料传热系数做依据，利用专业计算公式完成数据计算，具体计算公式如下

式中：R为材料层的热阻数值，m2·K/W;d为材料层的厚度，m。λ为材料的传热系数指标，W/m·K。

对于墙体结构来说，墙体结构有多个不同复合的材料层组成。因此，其热组经过计算后的最终结果需要经过加和，表示如下

式中：不同的R分别代表一个单层的材料热阻。

关于传热阻数据的计算，实际上是对其表征指标的计算，传热阻表征的是维护墙体抵抗热能传递的能力。维护墙体的传热阻计算公式如下

式中：R0为墙体的传热阻；Ri为内表面的换热阻，i为内表面；Re为外表面的换热阻，e为外表面；R为墙体热阻指标。

2.2.2传热系数计算

外层区域的传热系数是指墙体两侧空气温差，有单位性特征时，在单位时间内通过单位面积墙体进行传热所产生的系数，具体计算公式为

式中：K为计算墙体传热系数指标；R0为计算墙体的传热组指标；为墙体各层次材料的厚度与传热系数的比率求和值，j=1,2,3;Ri为内表面的传热阻；Re为外表面换热阻。

在计算相关数据时，需要分别从内墙外墙两方面取固定数值进行计算，对传热系数数值进行确定，关于传热系数与传热能力之间的关系，呈现正比状态。当墙体的传热系数小时，表示墙体的传热能力也处在较低水平，其保温性能也相对更好（表1）。

表1墙体各层次材料厚度、密度、温度关系

2.2.3热惰性指标计算

热惰性指标是相对于平均传热系数指标而言的一种指标类型，主要可表示非稳态条件下的预制墙板传热能力。关于热惰性指标的表征要点为，能够表征非稳态传热条件下的热量在墙体内部衰减状态的情况，热惰性指标的水平高低能够准确反映温度在墙体内衰减的状态，指标水平越高，衰减速度越快，热量传达到墙体另一侧的时间成本也越高（表2）。这也从侧面反映出墙体的保温性能会同步提升，热稳定性更好[4]。

表2中列出了热惰性系数和传热系数之间的关系。在此表格中，热惰性系数的值范围从0.1%到1.0%，每次增加0.1%。传热系数的值是根据该热惰性系数计算得到的，其单位为W/m·K，表示单位厚度下单位面积的热传导率。可以看出，随着热惰性系数的增加，传热系数也会相应增加。这个表格可以用来帮助我们更好地了解热惰性系数和传热系数之间的关系，为预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的传热分析提供参考依据。

表2热惰性系数与传热系数关系

关于材料层的蓄热系数计算公式具体如下

式中：S为材料层的蓄热系数，具体系数指标按照国际标准的取值范围进行界定；λ为材料层的传热系数数值；c为材料层的比热容指标；ρ为材料层的密度指标；T为温度的变化周期；π为圆周率。

通过上文分析可知，相关热传数据的计算有明确的公式，在具体进行计算和结构设计时，需结合预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的应用规格，分别取不同厚度的保温板，对其传热系数和蓄热系数进行统计分析[5]。以此为基础，选择适当的保温墙板进行应用。表3为不同层面传热系数和蓄热系数、墙板材料厚度的计算结果统计表。

表3不同层面传热系数与蓄热系数、材料厚度的数据统计表

关于外墙板传热系数和热惰性指标的计算中，也可分别设置不同的保温层厚度，基于计算公式得到相应的计算结果，具体的保温层厚度基础设置区间为30～80 mm。表4为具体的传热系数和热惰性指标计算结果统计表。

表4外墙板传热系数与热惰性指标计算结果统计表

3、预制模块化高炉渣纤维保温外墙板热分析流程

热分析流程的研究需基于有限元分析模式，通过编程仿真计算得到标准化的基本流程。在有限元仿真分析中，由于依靠计算机系统，因此，若代码或一系列其他信息出现误差，会直接导致流程分析结果出现误差。另外，整个流程的分析也需要耗费较高的时间成本。具体来说，热分析流程的要点包括建立几何模型、设置基础材料信息、完成网格划分过程、设置边界条件、进行数据计算及数据处理等基本结构。在有限元分析模型中进行相关数据的分析与计算，能够提高计算结果的准确性，节省计算时间成本。但在进入分析之前，需对预制模块化高炉渣纤维板仿真的各项参数进行确认，具体参数包括几何尺寸、材料参数、网格的大小和边界条件[6]。随后，利用专业绘图软件对几何模型进行绘制。材料设置则需要根据实验材料的介质，将传热系数、密度等关键参数写入其中。在网格划分环节，要求结合网格类型进行系统性分析，不同类别的网格有相对应的应用优势和缺陷。需要结合具体的仿真分析要求合理选择网格。最后，设置边界条件和初始温度条件，设置好上述信息后方可借助专业软件和有限元分析时的关键指标。结合能量守恒定律对不同节点的温度和热流密度数值进行计算，并且以云图的形式进行展现。图1为热分析流程图。

在完成上述数据分析处理过程后，方可最终得到预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的传热分析结果，从而进一步为更好地选择原材料测试、原材料质量提供重要依据，这也是充分发挥出保温外墙板作用的重要基础条件。

图1热分析流程图

4、结束语

综合本文分析可知，预制模块化高炉渣纤维保温外墙板的传热分析有利于精准观察外墙板保温性能，提升外墙板保温质量。以便取得更好的保温外墙板应用效果，提升预制模块化高炉渣纤维保温外墙板应用性能，为具体项目中这一原材料的有效应用奠定基础。

参考文献:

[1]张潇,胡豪,侯庆喜,等.纤维素基气凝胶在保温隔热领域中的研究进展[J].中国造纸,2023,42(2):86-93.

[2]周轩.纤维增强建筑复合保温发泡材料性能[J].塑料助剂,2022(6):30-32.

[3]李昌新,张庆武,李立.高炉渣基沸石分子筛材料的制备及其响应面优化[J].安全与环境学报,2023,23(2):521-529.

[4]邓诗碧,赵海波.“双碳”目标下的潜在新型建筑保温材料——全生物质阻燃气凝胶[J].科学通报,2022,67(21):2444-2446.

[5]白翔宇,蔡韩英,张利伟.纤维增强建筑复合保温发泡材料的制备及性能研究[J].功能材料,2021,52(10):10166-10170.

[6]仝凡,王小山,屠浩驰,等.新型低温泡沫玻璃陶瓷复合建筑保温材料制备[J].材料科学与工程学报,2021,39(4):585-589.

文章来源:徐磊磊.预制模块化高炉渣纤维保温外墙板传热分析[J].科技创新与应用,2024,14(01):103-106.