墙材含水率对墙体热工性能的影响研究

摘要

在目前的能源和建筑节能形势下，夏热冬冷地区的围护结构保温隔热体系的开发和研究具有重要意义。大部分自保温墙材属于含湿非饱和多孔介质的范畴，对于其有效导热系数与含水率之间的变化关系，相关规范的认识不够。与此同时，现有的研究主要针对绝干状态和湿饱和的情况，而含湿非饱和多孔介质的导热系数尚缺少公认的实验数据和预测模型，针对非饱和多孔建筑材料的导热系数的研究更少。
　　 本文以陶粒增强加气砌块、保温砂浆、普通砂浆为例，开展了对自保温墙体材料的有效导热系数与含水率关系的理论和试验研究，进而研究了墙体材料的含水率对墙体传热系数的影响。还开展了灰缝热耗问题的初步试验研究。
　　 本文将平行传导模型、串联模型、WM模型扩展到三相状态，推导出了含湿非饱和多孔介质有效导热系数理论计算式，从宏观层面将材料含湿状态的有效导热系数与绝干状态的导热系数联系起来，使之更贴近工程实际。同时将三种材料在不同含水率状态下的的有效导热系数实测值与三种模型的理论计算值曲线进行了比较，分析了各自的变化趋势和适合的预测模型；首次拟合出了陶粒增强加气砌块、保温砂浆和普通砂浆的有效导热系数的精确计算式；还讨论了水分存在对试验数据的稳定性、试验平衡时间和导热板的含水率取值的影响。
　　 本文在墙体传热系数理论值的计算中尝试采用材料实际含湿状态下的导热系数取代规范中给出材料导热系数一般值，以改进现行规范在传热系数计算时忽略材料含水率影响这一缺陷；同时设想通过实时掌握材料的含水率变化，来推算墙体的传热系数，对墙体热工性能的检测评估有较为现实的意义。
　　 墙体的传热系数测试结果发现，陶粒增强加气砌块墙体传热系数的实测值较理论值偏大，确定了理论计算值的修正系数平均约为1.493。墙体材料的含水率越高，其传热系数测试值越高。在试验测试的含水率范围内(小于20％)，当墙体材料的平均含水率每升高1％，1＃墙体(保温砂浆砌筑，灰缝厚度10mm)、2＃墙体(保温砂浆砌筑，灰缝厚度5mm)、3＃墙体(普通砂浆砌筑，灰缝厚度10mm)、4＃墙体(普通砂浆砌筑，灰缝厚度5mm)的传热系数在原含水率对应值的基础上增大4.21％，3.35％，2.67％，2.56％。灰缝厚度愈大，传热系数的增长幅度愈大。1＃墙体、2＃墙体、3＃墙体、4＃墙体的灰缝影响系数分别为1.960，1.896，1.884，1.592。
　　 本文的研究表明，墙体材料的含水率是墙体传热系数的决定因素之一，随着含水率的增加，墙体的传热系数不断增大，传热系数的设计计算应考虑含水率的影响。同时传热系数的检测评估也相当有可能通过材料含水率这道“桥梁”实现。
　　 在自保温体系的工程实践中，开发和研制吸湿率较低的新型自保温墙体材料，或注意材料的防潮，控制墙体材料的含水率，可以降低因湿分存在导致的墙体热耗。在推广自保温墙材的过程中，使用配套保温砂浆，合理控制和选用灰缝厚度，有助于防止灰缝热桥引起的热耗。

目录

文摘

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致谢

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1国内外能源格局

1.1.2国内外建筑节能

1.1.3围护结构墙体保温体系

1.1.4保温隔热材料的应用及研究现状

1.2热传递的基本原理

1.2.1概述

1.2.2热传导

1.2.3热对流

1.2.4热辐射

1.2.5保温隔热材料的热传递原理

1.2.6保温隔热材料有效导热系数的影响因素

1.3含水率对材料有效导热系数的影响的研究现状

1.3.1含水率对有效导热系数的影响机理

1.3.2现行规范对含水率和导热系数关系的认识

1.3.3含水率和导热系数关系的研究现状

1.3.4砌筑砂浆对围护结构墙体热工性能的影响

1.4研究目的和意义

1.5论文的主要内容和研究方案

第2章原材料性能和试验方法

2.1原材料性能

2.2.1水泥

2.2.2粉煤灰

2.2.3保温砂浆主要掺合料

2.2.4普通砂浆用砂

2.2.4水

2.2.5陶粒增强加气砌块

2.2仪器设备

2.2.1砂浆搅拌设备

2.2.2导热系数测试仪

2.2.3传热系数测试仪

2.2.4其他仪器设备

2.3试验方法

2.3.1保温砂浆和普通砂浆的搅拌及养护

2.3.2导热系数的测试方法

2.3.3传热系数测试房间的设计和砌筑

2.3.4传热系数测试房间测试方法

2.4本章小结

第3章含水率对材料导热系数的影响研究

3.1两相多孔介质有效导热系数基本理论模型

3.2含湿非饱和多孔介质的有效导热系数模型

3.2.1平行传导模型

3.2.2串联模型

3.2.3 WM模型

3.3基于三种模型的有效导热系数理论推算式

3.4三种墙体材料的有效导热系数试验结果

3.4.1陶粒增强加气砌块的有效导热系数

3.4.2保温砂浆的有效导热系数

3.4.3普通砂浆的有效导热系数

3.4.4小结

3.4含水率对含湿材料导热系数测试的影响

3.5本章小结

第4章含水率和灰缝厚度对墙体的传热系数的影响研究

4.1含湿非饱和多孔介质传热传质的研究方法

4.2墙体传热系数的试验原理和理论计算

4.2墙体传热系数的测试结果

4.3本章小结

第5章结论及展望

5.1结论

5.2展望

5.2.1自保温体系的研发和应用

5.2.2有效导热系数的理论和试验研究

5.2.3湿分的存在状态和非稳态导热问题

参考文献

作者简介