預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板傳熱分析

徐磊磊

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

預制模塊化高爐渣纖維保溫板的外墻板結構具有復合特性。因此，在發揮傳熱作用時，需要結合各層面實際情況對傳熱效果進行分析。通過數據計算，對保溫板外墻結構的傳熱質量、外墻結構傳熱時的能量消耗狀態等進行全面了解。以便基于數據計算明確預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的應用效果。進一步基于數據計算結果優化傳熱效能，發揮好這一基礎原材料在具體應用時的積極作用。

1 預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的基本構造

1.1 基本結構

配置模塊化高爐渣纖維保溫外墻板包括3 個基本結構。一是內葉板，二是保溫層，三是錨固件。其中，內葉板是直接傳熱對傳熱效果影響最為顯著的結構。常規內葉板一般會選用蒸壓加氣混凝土板作為原材料。各層面墻板結構，通過錨固件和黏結砂漿進行一體式連接。除了板材結構外，外部裝飾層面也需要與上述幾個層面實現黏結。此板材一般采用在工廠集中預制加工的生產方式，生產完成后，結合工程項目進度，按批量運入施工現場進行應用[1]。一般放置在主體板材的外側。同時，也需要做好錨固處理。當墻體主體結構的施工完成后。可進一步在內部裝修環節，對外掛的預制復合保溫一體板進行保溫處理，整個施工應用過程中的操作便捷性強，且由于可預制也能夠節約一定的施工時間成本，是現階段保溫板中比較常見的原材料。

1.2 應用優勢

此類保溫墻板在實踐應用中對不同層面的原材料選擇工作有嚴格的要求。一般情況下，會選擇密度較高的硅酸鈣板材進行應用，這類板材具有良好的厚度和強度，能夠對保溫層基礎層面起到保護作用。另外，內保溫墻板應用時，由于其自身強度與穩定性的優勢，能夠延長整個墻體的使用壽命，墻體性能也能同步實現改善[2]。除此之外，預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板在預制時可對其外觀進行規整加工，選擇不同的外觀顏色和外觀規格。這也有利于在施工應用時，發揮出一定的裝飾性作用。建筑項目外觀線條及色彩呈現視覺效果也能得到優化與豐富。

此外，選擇預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的外觀顏色和規格還可以與整體建筑設計風格相協調。不同的外觀顏色可以匹配建筑的整體色調，使其融入環境中，并突出建筑的特點。同時，根據建筑的需求和設計要求，可以選擇不同規格的外墻板，如不同尺寸、形狀、紋理。這種定制化的外觀設計可以滿足不同建筑項目的個性化需求，創造出獨特而吸引人的外觀效果。預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的加工工藝也能夠提供更高的裝飾性能。在預制過程中，可以進行表面的加工處理，如刷涂、噴涂、紋理處理等，以增加外墻板的美觀度和質感。這樣的處理不僅可以改善建筑外觀的整體效果，還可以增強其耐候性和抗污性能，延長外墻板的使用壽命。因此，選擇預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板時，除了考慮其保溫性能和材料特性外，還要注重其外觀設計和裝飾性能。通過合理的材料選擇、外觀顏色和規格的搭配，以及加工工藝的優化，可以使預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板在建筑中發揮更大的裝飾作用，為建筑項目增添美感和價值。

1.3 保溫性能

預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的保溫效果主要依賴于其內部的葉板結構。在保溫作用發揮時，內葉板起到了關鍵的作用。通常情況下，內葉板采用蒸壓加氣混凝土作為原材料，這種材料相比于傳統混凝土具有明顯的優勢。蒸壓加氣混凝土內葉板的成分包括硅質材料、鈣質材料、鋁粉和發泡劑。經過混合和加工后，鋁粉發泡劑的作用使混凝土內部形成了大量的氣孔結構。這種氣孔結構能夠降低材料的整體密度，從而提高保溫性能。同時，氣孔結構還能夠增加材料的吸聲性能和隔熱性能，進一步提升墻體的保溫效果。正是由于蒸壓加氣混凝土內葉板的這種特殊結構，預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板在建筑保溫層施工中得到了廣泛的應用。其不僅具有良好的保溫性能，還能夠提供較佳的隔熱效果和吸音效果，有效改善建筑內部的舒適性。此外，預制模塊化設計使得安裝施工更加便捷，可以提高施工速度和質量控制，縮短工期。預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的內葉板采用蒸壓加氣混凝土材料，通過氣孔結構來提升保溫效果，并在建筑保溫層施工中發揮了重要作用。

2 預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的傳熱效能計算

2.1 建筑保溫層發揮作用的形式與機理

基于不同的外墻傳熱方式，具體的傳熱機理有所差異。常見的傳熱方式包括墻體導熱、空氣對流換熱、墻體之間輻射換熱3 種。其中，熱傳導和熱對流分子熱運動是能量傳輸的核心要義。而輻射則主要依靠電磁波發揮作用，在電磁波激發與吸收的整個流程中，同步完成能量傳輸的過程。對于民用住宅來講，不同季節采暖設備與空調的應用會導致室內室外的環境溫差有所擴大，熱量會從墻體的高溫區域傳遞到低溫區域，達到保持室內外溫度平衡的效果，這也是墻體保溫材料發揮作用的基本目標。而材料構造與墻體兩側的溫差是影響傳熱速度的關鍵指標。關于本文探討的預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的熱工性能分析計算，一方面要嚴格按照民用建筑熱工設計規范進行標準化數據的查詢分析[3]。另一方面，也要應用科學有效的公式完成計算過程。

2.2 傳熱計算方法分析

2.2.1 熱阻計算方法

熱阻的計算需要根據材料層的厚度、材料傳熱系數做依據，利用專業計算公式完成數據計算，具體計算公式如下

式中：R為材料層的熱阻數值，m2·K/W；d為材料層的厚度，m。λ為材料的傳熱系數指標，W/m·K。

對于墻體結構來說，墻體結構有多個不同復合的材料層組成。因此，其熱組經過計算后的最終結果需要經過加和，表示如下

式中：不同的R分別代表一個單層的材料熱阻。

關于傳熱阻數據的計算，實際上是對其表征指標的計算，傳熱阻表征的是維護墻體抵抗熱能傳遞的能力。維護墻體的傳熱阻計算公式如下

式中：R0為墻體的傳熱阻；Ri為內表面的換熱阻，i 為內表面；Re為外表面的換熱阻，e 為外表面；R為墻體熱阻指標。

2.2.2 傳熱系數計算

外層區域的傳熱系數是指墻體兩側空氣溫差，有單位性特征時，在單位時間內通過單位面積墻體進行傳熱所產生的系數，具體計算公式為

式中：K為計算墻體傳熱系數指標；R0為計算墻體的傳熱組指標；為墻體各層次材料的厚度與傳熱系數的比率求和值，j=1，2，3；Ri為內表面的傳熱阻；Re為外表面換熱阻。

在計算相關數據時，需要分別從內墻外墻兩方面取固定數值進行計算，對傳熱系數數值進行確定，關于傳熱系數與傳熱能力之間的關系，呈現正比狀態。當墻體的傳熱系數小時，表示墻體的傳熱能力也處在較低水平，其保溫性能也相對更好（表1）。

表1 墻體各層次材料厚度、密度、溫度關系

2.2.3 熱惰性指標計算

熱惰性指標是相對于平均傳熱系數指標而言的一種指標類型，主要可表示非穩態條件下的預制墻板傳熱能力。關于熱惰性指標的表征要點為，能夠表征非穩態傳熱條件下的熱量在墻體內部衰減狀態的情況，熱惰性指標的水平高低能夠準確反映溫度在墻體內衰減的狀態，指標水平越高，衰減速度越快，熱量傳達到墻體另一側的時間成本也越高（表2）。這也從側面反映出墻體的保溫性能會同步提升，熱穩定性更好[4]。

表2 熱惰性系數與傳熱系數關系

表2 中列出了熱惰性系數和傳熱系數之間的關系。在此表格中，熱惰性系數的值范圍從0.1%到1.0%，每次增加0.1%。傳熱系數的值是根據該熱惰性系數計算得到的，其單位為W/m·K，表示單位厚度下單位面積的熱傳導率。可以看出，隨著熱惰性系數的增加，傳熱系數也會相應增加。這個表格可以用來幫助我們更好地了解熱惰性系數和傳熱系數之間的關系，為預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的傳熱分析提供參考依據。

關于材料層的蓄熱系數計算公式具體如下

式中：S為材料層的蓄熱系數，具體系數指標按照國際標準的取值范圍進行界定；λ 為材料層的傳熱系數數值；c為材料層的比熱容指標；ρ 為材料層的密度指標；T為溫度的變化周期；π 為圓周率。

通過上文分析可知，相關熱傳數據的計算有明確的公式，在具體進行計算和結構設計時，需結合預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的應用規格，分別取不同厚度的保溫板，對其傳熱系數和蓄熱系數進行統計分析[5]。以此為基礎，選擇適當的保溫墻板進行應用。表3為不同層面傳熱系數和蓄熱系數、墻板材料厚度的計算結果統計表。

表3 不同層面傳熱系數與蓄熱系數、材料厚度的數據統計表

關于外墻板傳熱系數和熱惰性指標的計算中，也可分別設置不同的保溫層厚度，基于計算公式得到相應的計算結果，具體的保溫層厚度基礎設置區間為30～80 mm。表4 為具體的傳熱系數和熱惰性指標計算結果統計表。

表4 外墻板傳熱系數與熱惰性指標計算結果統計表

3 預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板熱分析流程

熱分析流程的研究需基于有限元分析模式，通過編程仿真計算得到標準化的基本流程。在有限元仿真分析中，由于依靠計算機系統，因此，若代碼或一系列其他信息出現誤差，會直接導致流程分析結果出現誤差。另外，整個流程的分析也需要耗費較高的時間成本。具體來說，熱分析流程的要點包括建立幾何模型、設置基礎材料信息、完成網格劃分過程、設置邊界條件、進行數據計算及數據處理等基本結構。在有限元分析模型中進行相關數據的分析與計算，能夠提高計算結果的準確性，節省計算時間成本。但在進入分析之前，需對預制模塊化高爐渣纖維板仿真的各項參數進行確認，具體參數包括幾何尺寸、材料參數、網格的大小和邊界條件[6]。隨后，利用專業繪圖軟件對幾何模型進行繪制。材料設置則需要根據實驗材料的介質，將傳熱系數、密度等關鍵參數寫入其中。在網格劃分環節，要求結合網格類型進行系統性分析，不同類別的網格有相對應的應用優勢和缺陷。需要結合具體的仿真分析要求合理選擇網格。最后，設置邊界條件和初始溫度條件，設置好上述信息后方可借助專業軟件和有限元分析時的關鍵指標。結合能量守恒定律對不同節點的溫度和熱流密度數值進行計算，并且以云圖的形式進行展現。圖1 為熱分析流程圖。

圖1 熱分析流程圖

在完成上述數據分析處理過程后，方可最終得到預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的傳熱分析結果，從而進一步為更好地選擇原材料測試、原材料質量提供重要依據，這也是充分發揮出保溫外墻板作用的重要基礎條件。

4 結束語

綜合本文分析可知，預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板的傳熱分析有利于精準觀察外墻板保溫性能，提升外墻板保溫質量。以便取得更好的保溫外墻板應用效果，提升預制模塊化高爐渣纖維保溫外墻板應用性能，為具體項目中這一原材料的有效應用奠定基礎。