连接件对夹心保温外墙板性能有影响吗?用数据让你了解!

01.引言本文根据某个公司的不锈钢链接产品,通过有限元软件ABAQUS对配有不锈钢连接件的预制夹心保温外墙板进行热工模拟分析,外墙保温的连接部件的性能,实际工程参考的影响进行分析的预制夹层元件壁绝缘板的不锈钢产品。

02.热传递2.1基本由室内和室外的热效应围护施工时间的原则,也有通过建筑围护结构的热了。传热要经过三个过程:吸热表面:室内热吸收(在冬天)的内表面或与室外空间(夏季)的散热器的外表面。

热传递结构本身:的热被传递到所述表面结构的低表面温度。表面热量;寻找室外空间热(冬季)或室内空间的热量(夏季)的内表面。吸热和放热面的作用机理是相同的,统称为“传热表面”。

在该结构本身的热传递过程中,所述导热材料层实体基于,基于空气的层通常的辐射热传递。 – 传热表面 – 传热过程的表面上,对流和表面与空气的附近之间的热传递,但也与周围表面的辐射热传递。

表面换热量是对流换热量与辐射换热量之和:

(1)式中:q——表面换热量qc——表面对流换热量qr——表面辐射换热量α——表面换热系数θ——壁表面温度t——室内或室外空气温度- 结构传热 -为了简单说明结构本身的传热过程。

假定结构是单层匀质平整,认为平壁内以导热方式传热,即为一维传热。结构内外表面温度分别为θt和θe,且θt>θe则在单位时间内,通过单位截面积的热流—热流强度qx为:

(2)式中:λ——材料的导热系数θx——温度梯度2.2基本假定

  1. 在围护结构的传热过程中,包含以上三种基本的传热方式。但本文模拟情况假定周围环境相对稳定,传热过程只有由热传导和热对流的影响,忽略热辐射的影响。
  2. 围护结构各个部分之间完全接触,不考虑内部各接触面之间的接触热阻。接触热阻时互相接触的结构表面,在接触的表面会存在一定的空气、水等物质,导致接触面两侧的结构温度不完全相同,增加了传热的阻力。
  3. 假定组成墙体各种物质分布均匀,在各个方向上性状相同,其物理性能参数均为常数,不考虑温度、压力、湿度、风等因素的变化对热工模拟带来的影响。

2.3传热系数计算根据《民用建筑热工设计规范》GB 50176,传热系数的计算公式为:

(3)式中:K——围护结构传热系数——围护结构各组成部分的厚度与导热系数的比值求和δi——第i层的材料厚度λi——第i层的导热系数维护结构内、外表面换热热阻:

(4)根据《民用建筑热工设计规范》表面换热系数取值:αi=8.7W/(m2⋅K),αe=23W/(m2⋅K)03.有限元模型建立 – 模型尺寸 -墙体尺寸,其中内叶墙体厚200mm、保温层墙体厚70mm、外叶墙体厚50mm,对墙体布置不锈钢连接件。

不锈钢板式连接件尺寸为,不锈钢针式连接件长160mm、直径为4mm;板式连接件布置4块,针式连接件按间距600mm,距边200mm布置。不锈钢连接件截面面积占墙体总面积的0.02%。

图1 连接件布置图Fig.1 Connector layout drawing

表1材料热工参数 Table 1 Material thermal parameters- 单元类型 -模拟采用稳态热分析步,

在稳态热分析中,系统中任何节点的温度都不随时间变化。所有模拟单元均为八节点线性传热六面体单元dc3d8。-接触关系和边界条件——连接件、混凝土和保温板均为实心件,采用粘结接触进行相互接触,以保证材料之间的有效传热。

-网格化-在这个模拟中,混凝土和绝缘板构件的网格化长度为25 mm,连接器的网格化长度为10 mm。04年。模拟结果分析4.1处理模拟结果传热模拟分析有限元分析可以得到墙体内各结构的热流密度。预制夹芯保温外墙板的传热系数基于非均质围护结构的传热系数公式:

(5)式中:K——墙体传热系数(W/(m2⋅K))q——热流密度(W/m2),取墙体内表面全部单元沿z轴方向热流密度的平均值ti、te——墙体内、外侧空气温度本文以沈阳地区冬季温度为参照,室内、外温度分别取为20ºC和-25ºC。 4.2模拟结果70mm厚保温层预制夹心外墙板的节点温度与热流密度如图2-3所示

 

由图2-3可知,夹心墙体温度变化主要集中在保温层部位,内、外叶墙混凝土保温作用远小于保温层的保温材料。

从墙体热流密度云图中可以发现:在不锈钢连接件的位置,夹心墙体中的热量大量地穿过不锈钢连接件,连接件位置形成了“冷桥”。

根据公式(5)计算得保温层70mm厚的夹心保温外墙体采用不锈钢连接件的传热系数K1=0.411W/(m2⋅K),无连接件夹心外墙体传热系数使用公式(3)计算得K2=0.384W/(m2⋅K),传热系数增大7.03%。

对于使用不锈钢连接件的夹心外墙板,其传热系数与无连接件时计算结果相差较大,采用不锈钢连接件的保温外墙传热系数应在热工计算时予以考虑。根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》附录A,沈阳市为严寒C类地区,表2围护结构热工性能参数限值:

表2严寒C类地区外墙围护结构热工性能参数限值Table 2 Limit value of T在沈阳地区采用不锈钢连接件的70mm厚保温层夹心保温外墙板,当建筑层数≥4层时满足规范对外墙传热系数的要求。

4.3不同保温层厚度时对传热系数的影响对采用不锈钢连接件在30mm-80mm不同保温层厚度时的夹心保温外墙板进行热工模拟分析,比较使用不锈钢连接件时与不考虑连接件时计算结果的偏差。

表3不锈钢连接件在不同厚度保温层时的传热系数Table 3 Heat transfer co

图4 不锈钢连接件在不同厚度保温层时的传热系数对比Fig.4 Comparison of H根据对采用不锈钢连接件在不同厚度保温层的模拟结果显示,开始时随着保温层厚度的增加,墙体传热系数迅速减小。

但保温层厚度增加到一定程度时,曲线斜率变小,逐渐变得平缓这表明:随着保温层厚度的增加,墙体传热系数减小,但减小的程度降低。在80mm厚保温层使用不锈钢连接件时传热系数下降7.42%,对墙体传热系数影响最大。

随着保温层厚度减小,对传热系数的影响也逐步减小,在30mm厚保温层使用不锈钢连接件时传热系数下降4.95%。随着保温层厚度的减小,传热系数减小的幅度逐渐减弱,冷桥效应降低。

因此对使用不锈钢连接件的夹心保温外墙板进行热工计算时,应考虑不锈钢连接件的冷桥效应的影响,予以折减计算。 05.结论 本文通过有限元软件ABAQUS对使用不锈钢连接件的预制夹心保温外墙板进行热工模拟分析,得到如下结论:

  1. 对使用不锈钢连接件的预制夹心保温外墙板,在70mm保温层时模拟得到的传热系数与无连接件计算结果相差7.03%,由于不锈钢连接件本身导热系数较大产生一定“冷桥”效应。在热工设计时应考虑其影响进行折减计算。
  2. 对采用不锈钢连接件在不同保温层厚度时,随着保温层厚度的减小,传热系数减小的幅度逐渐减弱。在80mm保温层时模拟得到的传热系数与无连接件时计算结果相差7.42%,在30mm保温层时模拟得到的传热系数与无连接件时计算结果仅相差4.95%。
  3. 在沈阳地区采用不锈钢连接件的70mm厚保温层夹心保温外墙板,当建筑层数≥4层时满足规范对外墙传热系数的要求。

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