基于计算流体力学的被动房外墙保温数值模拟

基于计算流体力学的被动房外墙保温数值模拟

0护结构高效节能技术被动房屋是指采用各种动态节能设备和建筑围栏技术，结合有效节能技术，制备低能耗建筑。这种建筑在显著提高室内环境舒适性的同时，可大幅度降低建筑所需能耗本文利用计算流体力学软件AIRPAK对以钢筋混凝土和加气混凝土砌块为基层墙体的两类围护结构，在保温材料为250mm厚石墨聚苯板，以及锚栓数量分别为6个/m1计算模型1.1锚栓的设置和用量被动房外墙保温一般采用石墨聚苯板分层粘贴+锚固的方式，两层保温板之间错缝粘贴，避免出现通缝；根据DB13(J)/T8352—2020《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》要求，锚栓应选用专用断热桥锚栓，锚栓直径不小于60mm,钢筋混凝土基层墙体有效锚固深度不小于55mm,加气混凝土砌块基层墙体有效锚固深度不小于65mm,在薄弱部位(如墙角、窗口等部位)应增加锚栓数量。被动房外墙主体部位保温构造图见图1。锚栓由金属部分、空腔部分和锚盘构成，锚盘直径为φ60,锚栓直径为φ6,锚栓详图见图2。1.2．物理模型的建立本文利用计算流体力学软件AIRPAK对墙体的稳态传热进行数值模拟，通过墙体的热流密度推导墙体的平均传热系数。由于软件模拟无法完全贴合实际工程，需要对模型给予简化，建模及参数设置条件如下：(1)物理模型选用室内零方程模型，墙体内外表面的热边界条件按第三类边界条件设置(2)模拟采用冬季工况，外表面换热系数为23W/(m(3)建立计算模型时，只考虑基层墙体、保温层和锚栓，不考虑饰面层、粘接层和保温板拼缝造成的影响。(4)为便于计算，墙体面积取1m(5)锚栓数量在实际工程中与建筑基层材料、建筑高度和地面粗糙度等有关，且应根据GB50009—2012《建筑结构荷载规范》进行设计，计算得出，现阶段应用在250mm石墨聚苯板+钢筋混凝土基层和加气混凝土基层墙体上的锚栓数量多在6～10个/m(6)墙体材料热工参数设置如表1所示。2结果与分析2.1锚栓对不同基层材料墙体的影响锚栓与基层墙体交界处剖面(距离基层墙体内表面150mm处)温度分布如图4～6所示。由图4、5可知，温度极值出现在锚栓周围，钢筋混凝土墙体截面在6个/m由图6可知，不同墙体基层材料、相同锚栓数量对其温度分布影响较大，这是由于墙体本身的传热系数不同所导致，与锚栓并无相关性，同时可以看到，在不同墙体材料下，锚栓周围的温度分布与墙体材料的温度分布呈正相关。2.2墙体平均传热系数通过模拟分析，得到两种不同基层墙体材料、不同锚栓数量的外表面热流密度分布如图7、8所示。由图7、8可知，热流密度极值出现在锚栓周围，在6个/m外墙平均传热系数可按式(1)计算：=式中：为墙体外表面积，mΔ根据式(1)可分别计算出不同锚栓数量布置下，钢筋混凝土墙体和加气混凝土墙体的平均传热系数，从而可得到不考虑锚栓时与考虑锚栓时两种墙体的传热系数及传热影响修正系数，结果分析见表2。由表2可以看出，锚栓造成的点热桥使得墙体传热量增加；随着锚栓数量的增加，锚栓造成的点热桥使得墙体传热量变化加大；锚栓对墙体传热量影响的修正系数随着基层墙体材料导热系数的增大而增大。3锚栓对墙体传热量的影响本文通过以上对比模拟分析，得出以下结论：(1)墙体温度分布与基层墙体材料有关，而与锚栓数量无关；锚栓周围的温度分布与墙体材料的温度分布呈正相关。(2)锚栓造成的点热桥使得墙体传热量增加，且在锚栓数量分别为6个/m(3)热桥节点对墙体传热量增加的影响随锚栓数量的增加而加大；锚栓对墙体传热量影响的修正系数随着基层墙体材料导热系数的增大而增大。由此可知，锚栓造