三种围护结构热桥传热特性数值分析

PREFABRICATED BUILDING装配式建筑48墙材革新与建筑节能 2019.08轻钢围护结构线性热桥及传热系数研究*轻钢围护结构存在大量由于结构和构造产生的热桥，本研究通过理论计算、模拟计算、构件实测和现场实测，对轻钢结构热桥及其对围护结构整体传热系数的影响进行对比分析，提出建议，可为实际工程的热工设计、能耗计算、绝热性能评价提供参考。

轻钢围护结构；线性热桥；结构热桥；传热系数；集装箱式房屋徐洪涛1 马瑞江1 张萍萍2 周辉1 张起维1摘 要：关键词：（1.中国建筑股份有限公司技术中心，北京 101300；2.中国建筑发展有限公司，北京 100037）*课题项目：“十三五”国家重点研发计划“建筑全性能联合仿真平台内核开发”(项目编号：2017YFC0702200)资助。

0 引言轻钢围护结构一般由轻型压型钢板、龙骨和檩条等金属构件、连接件、面层材料组成，种类较多。

由于其构造原因，轻钢围护结构存在大量热桥，大致可分成以下3类。

（1）结构性线性热桥：由于建筑围护结构的形状、构造截面变化形成的热桥，比如转角、对接或拼接部位。

常规的建筑构造中，屋面包括屋脊、屋檐（与天沟、山墙交接处）、内天沟等；墙面包括墙体与基础（或地面）交接处、阳角、门窗口的窗檐、竖向窗框和窗台等。

由构造或结构产生的线性热桥不可避免，在进行热桥处理时可以通过提升细节性能将热桥的影响降低。

在实际工程中，一般通过保证保温层的连续性、调节保温层的厚度、采用导热系数更低的材料、降低空腔的存在等措施改善线性热桥的影响。

（2）单元组件拼接产生的线性热桥：如金属面夹芯板的接缝、单元构件拼装的接缝、金属面板和其他系统的交接部位。

这类线性热桥也不可避免，但可以通过合理的构造措施将热桥的影响降低。

（3）单元组件内的热桥：由金属构件、檩条等穿过保温层或造成保温层压缩引起的热桥，如现场拼装构件中的檩条压缩保温棉、金属檩条和固定面板的龙骨、空气层、空腔等影响。

三种围护结构热桥传热特性数值分析【摘要】本文基于fluent软件，采用三维非稳态导热模型来模拟研究传统典型围护结构及节能建筑维护结构的传热特性，对比分析了室外环境温度周期性变化条件下，37墙、49墙及节能墙墙体热桥与主墙体处的传热规律。

对比分析表明，节能型围护结构具有温度衰减倍数大、延迟时间长、内表面温度高等优良的性能。

【关键词】数值模拟；围护结构；热桥传热特性；动态分析0.概述本文使用fluent软件及其相关技术、结合相关理论，尝试对传统建筑围护结构及节能建筑围护结构的热桥传热特性进行对比研究。

1.物理模型的建立及简化1.1物理模型的建立三种墙体主墙体均宽为3m，高为4m；窗宽为1.5m，高为1.6m；圈梁宽度为4m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；过梁宽度为2.5m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；外抹水泥砂浆厚与内抹石灰水泥砂浆均为0.02m；发泡聚乙烯苯板厚为0.08m；普通玻璃宽与高同窗一样，而厚为0.01m，节能中空玻璃宽与高同窗一样，厚度为0.02m。

坐标原点位于砖墙中心点，墙体模型如图1所示：图1 墙体模型1.2物理模型的简化（1）不考虑流体对墙体的辐射作用。

（2）仅以一面外墙作为研究对象，不考虑墙角处的柱。

（3）墙四周作为绝热壁面处理。

（4）室外温度按余弦函数变化，即：t=245+7×cos（2×3.14159×t/24×3600） (2.1)室内环境温度恒为291k(18℃)。

2.数值计算过程2.1 fluent模拟计算过程（1）在gambit软件中创立37墙、49墙及节能墙体的几何模型和网格模型，并指定边界。

（2）启动fluent求解器。

（3）在fluent中导入网格模型。

（4）检查网格模型是否存在问题。

（5）选用稳态非藕合隐式求解器。

（6）确定计算模型——三维非稳态导热方程。

（7）设置材料特性参数。

（8）设置边界条件。

（9）调整用于控制求解的有关参数。

保温建筑围护结构热桥传热分析发布日期：2010-04-03 点击次数：780摘要：随着建筑节能工作的开展，新型保温建筑大量涌现，热桥在新型保温建筑中的影响远远大于传统建筑。

本文分析了建筑中的热桥类型及其能耗，提供了在住宅建筑的节能设计中热桥传热系数计算方法。

通过热桥传热计算的方法，分析并准确把握建筑围护构件的热工性能，从而指导围护结构的节能方案设计。

关键词：围护结构热桥传热系数引言研究表明，目前，我国在节能建筑中，墙体耗热占总能耗的比例已经由40％下降到15％，而热桥耗热占总能耗的比例却由7％提高到20％。

热桥的危害还在于其增加了墙体局部传热，降低了墙体平均热阻，恶化了围护结构内表面的温度环境，节点处内表面温度有可能低于室内露点温度，使得墙体内表面结露，传热在湿工况下进行，形成恶性循环。

热桥影响着围护结构的整体保温效果，有必要对热桥进行准确的分析，采取各种技术措施降低热桥能耗，以促进保温结构的进一步完善。

热桥是指建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域，这些部位成为传热较多的桥梁，故称为热桥，有时又可称为冷桥。

热桥往往是由于该部位的传热系数比相邻部位大得多、保温性能差得多所致，在围护结构中这是一种十分常见的现象。

我国对热桥的研究较少，建筑设计者在进行热负荷计算及节能工作者在计算建筑耗热量时，对热桥热损失很难进行定量分析，一般经常经验地假定一个热桥附加耗热系数，其结果使得热负荷计算值不准确，因此对热桥进行准确的计算分析，有利于更好地了解热桥能耗对整个建筑传热的影响。

1热桥主要类型及其能耗分析根据建筑结构和构造特点，将热桥分为九大类：内墙角、外墙角、窗左右侧、窗上下侧、阳台、屋顶、地角、其他。

各类型热桥由于结构不同对建筑热负荷的影响也不同。

内墙角和外墙角统称为阴角，此部位的受热面积小于放热面积，我国以放热面积为准计算传热量是比较安全的。

在墙体结构局部不发生变化的情况下，计算得出的传热量大于实际传热量；当有构造柱穿过外墙时或由于构造上的要求保温层出现断点(内保温间墙)的情况下，计算得出的传热量要小于真实传热量。

三种围护结构热桥传热特性数值分析【摘要】本文基于FLUENT软件，采用三维非稳态导热模型来模拟研究传统典型围护结构及节能建筑维护结构的传热特性，对比分析了室外环境温度周期性变化条件下，37墙、49墙及节能墙墙体热桥与主墙体处的传热规律。

对比分析表明，节能型围护结构具有温度衰减倍数大、延迟时间长、内表面温度高等优良的性能。

【关键词】数值模拟；围护结构；热桥传热特性；动态分析0.概述本文使用FLUENT软件及其相关技术、结合相关理论，尝试对传统建筑围护结构及节能建筑围护结构的热桥传热特性进行对比研究。

1.物理模型的建立及简化1.1物理模型的建立三种墙体主墙体均宽为3m，高为4m；窗宽为1.5m，高为1.6m；圈梁宽度为4m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；过梁宽度为2.5m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；外抹水泥砂浆厚与内抹石灰水泥砂浆均为0.02m；发泡聚乙烯苯板厚为0.08m；普通玻璃宽与高同窗一样，而厚为0.01m，节能中空玻璃宽与高同窗一样，厚度为0.02m。

坐标原点位于砖墙中心点，墙体模型如图1所示：图1墙体模型1.2物理模型的简化（1）不考虑流体对墙体的辐射作用。

（2）仅以一面外墙作为研究对象，不考虑墙角处的柱。

（3）墙四周作为绝热壁面处理。

（4）室外温度按余弦函数变化，即：T=245+7×cos（2×3.14159×t/24×3600）(2.1)室内环境温度恒为291K(18℃)。

2.数值计算过程2.1 FLUENT模拟计算过程（1）在GAMBIT软件中创立37墙、49墙及节能墙体的几何模型和网格模型，并指定边界。

（2）启动FLUENT求解器。

（3）在FLUENT中导入网格模型。

（4）检查网格模型是否存在问题。

（5）选用稳态非藕合隐式求解器。

（6）确定计算模型——三维非稳态导热方程。

（7）设置材料特性参数。

（8）设置边界条件。

（9）调整用于控制求解的有关参数。

围护结构传热系数检测方法分析及应用探讨摘要：摘要:随着国家对有关建筑工程质量验收要求的提高,并且关于建筑节能及绿色建筑法律法规及相关技术标准要求,对于建筑材料的热工数据检测也成为国家及地方验收标准的必检项目,建筑材料如何能在满足安全强度的大前提之下做到节能减排也成为各大材料生产厂家及施工单位的重点考虑要素。

基于此,对围护结构传热系数检测方法分析及应用进行研究，以供参考。

关键词：围护结构；传热系数；检测方法；应用引言现有研究大多以围护结构热工参数的理论值为基础,对墙体保温结构及材料、改造效果进行了研究,但对农村住宅建筑围护结构热工性能的实测研究以及改造优先性的研究较为缺乏,忽略了即有农村居住建筑的实际围护结构热工性能,从而影响改造后的实际效果。

1围护结构传热系数的热工意义对建筑的围护结构节能保温措施是否能够满足需要,可从其构造材质和防护主体的热工参数进行测试分析,热工参数主要为:导热系数、蓄热系数、热电阻、传热阻导温系数、传热系数。

传热系数是在稳态传热条件,当建筑围护结构二端的空气温度差约为1K(1℃)时,单位时间内透过单位平方米围护结构面积所能传导的热能,单元为W/(㎡K),同时传热系数还包括了建筑围护结构本身的砌筑构造,以及建筑构件二端空气层之间的热能传导性能。

传热系数与传热阻是倒数关系的,其传热阻与其建筑围护结构中的建筑材料导热系数和相关厚度有关,导热系数与导温系数及比热容有关,所以综合其计算方式可以知道建筑物中围护结构传热系数是判断其保温效果的最终参数之一。

传热系数是围护结构系统中热工性能的表现,许多实验也表明了围护结构传热系数的降低可以明显减少建筑能耗,通过达到良好的围护结构传热系数可以让建筑物在夏天及冬天减少空调能量的损失,降低其总体耗电量。

研究表明现代建筑空调耗电量的占比越来越大,如何有效利用及减少排放是当代绿色建筑重要的评价之一。

作为建筑表面积占比最大的围护结构如何能通过其构造、材料等多方面降低其传热系数从而达到节能环保，是建筑学中一项重要的研究课题之一。

一、围护结构热阻的计算1、单层结构热阻R=δ/λ A (K/w)式中：δ—材料层厚度（m）λ—材料导热系数[W/(m.k)]2、多层结构热阻A—平壁的面积，m2R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻（m2.k/w）δ1、δ2、---δn—各层材料厚度（m）λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)]二、围护结构的传热阻R0=Ri+R+Re式中: Ri —内表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.11）Re—外表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.04）R —围护结构热阻（m2.k/w）三、围护结构传热系数计算K=1/ R0 (w/(m2.k))式中: R0—围护结构传热阻外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/（m2.k）]Kp—外墙主体部位传热系数[W/（m2.k）]Kb1、Kb2、Kb3—外墙周边热桥部位的传热系数[W/（m2.k）] Fp—外墙主体部位的面积Fb1、Fb2、Fb3—外墙周边热桥部位的面积四、铝合金门窗的传热系数的计算Uw =（Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)式中:Uw —整窗的传热系数W/m2·KUg —玻璃的传热系数W/m2·KAg —玻璃的面积m2Uf —型材的传热系数W/m2·KAf —型材的面积m2Lg —玻璃的周长mΨg —玻璃周边的线性传热系数W/m2·K。

上海建筑围护结构热桥分析热桥是指建筑围护结构中热传导能力较高的部位，导致热量的不连续传递和聚集，在寒冷季节会导致冷桥效应，增加室内冷热负荷，影响室内热舒适性和节能效果。

本文将对上海建筑围护结构中常见的热桥进行分析。

一、上海建筑围护结构中的热桥类型1.混凝土梁柱交接处：上海建筑多采用混凝土结构，梁柱交接处由于混凝土的导热性较高，会形成热桥。

2.墙体开孔：如门窗洞口、插花洞口等，由于砖、玻璃等材料的导热系数较高，容易形成热桥。

3.装饰层：上海建筑采用大量的外墙装饰材料，如外墙保温板外贴砖、石材等，装饰层的热桥可以通过装饰层的导热系数较高来识别。

4.窗台石：窗台石由于其导热系数较高，容易形成热桥。

二、上海建筑围护结构热桥的影响1.室内热舒适性下降：热桥会导致室内空气温度不均匀，局部温度较低，增加室内冷热负荷，降低室内热舒适性。

2.增加能耗：热桥会导致建筑围护结构的热量流失增加，增加建筑的冷热负荷，使制冷、供暖设备的能耗增加。

3.给排水系统结露：热桥会导致建筑围护结构局部温度较低，使给排水系统中的水蒸汽凝结，导致结露问题。

三、热桥分析及改善措施1.热桥分析方法：通过热成像摄像机或温度数据记录仪等工具对建筑围护结构进行温度测量，识别出热桥部位。

2.热桥改善措施：(1)优化设计：在建筑设计中，应合理配置建筑围护结构，避免或减少热桥的发生。

(2)采用隔热材料：在热桥部位采用隔热材料，如聚苯板、聚氨酯等，减少热桥的传导。

(3)加装隔热层：对于已建成的建筑，可以在热桥部位加装隔热层，减少热桥的传导。

(4)优化窗台设计：窗台设计中考虑热桥问题，采用隔热材料覆盖窗台石，减少热桥效应。

(5)加强施工质量：施工过程中加强对热桥部位的检查，确保施工质量，减少热桥的发生。

四、上海建筑围护结构热桥防治的重要性上海气候典型的温暖湿润季风气候，冬季寒冷，夏季炎热，能源消耗大。

而热桥作为能量流失的通道，增加了建筑的能耗，降低了室内热舒适性。