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内填充农作物秸秆的粉煤灰砌块保温墙体热工性能研究 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 13-11-03

0、引言
    江苏省的大部分地区处于长江中下游,夏季炎热,冬季潮湿冰冷,属夏热冬冷地区,为满足节能50%的目标,建筑外墙的传热系数应不大于1.0W/(m2.K)。现在普遍使用的墙体材料如混凝土空心砌块、粉煤灰空心砌块等,保温隔热性能较差,不能满足建筑节能标准的要求。为提高墙体的保温隔热效果,采用岩棉、泡沫塑料等保温材料填充砌块孔洞或做成夹心复合墙材,保温效果好,但工程造价高,施工工艺复杂,环境污染大,废弃物降解周期长,秸秆颗粒机秸秆压块机可以帮助用户完美的解决农作物秸秆焚烧问题。
     我国是一个农业大国,每年产生的农作物秸秆材料有数亿吨,现阶段大多数秸秆均被焚烧,造成严重的空气污染。而农作物秸秆具有良好的保温隔热性能,加工粉碎后的秸秆材料导热系数与泡沫塑料、矿棉、玻璃棉相当,若将其填充到空心砌块孔洞内完全有可能替代泡沫塑料等提高砌块的保温隔热性能。但秸秆材料易腐烂霉变、定型差,不能直接用于工程保温,采用适当的防腐定型处理工艺,可使秸秆材料的耐久性和形状稳定性满足工程要求。
    本研究拟通过在粉煤灰砌块孔洞内填充秸秆材料,降低孔洞内空气对流效应,测试内填农作物秸秆的粉煤灰砌块保温墙体的热工性能。
1、秸秆试件热工性能的试验研究
1.1试验目的
    将粉碎后的麦秆、稻秆、玉米秆与胶凝材料石膏和水按照不同比例掺配制作成试件,以下简称为秸秆(麦秆、稻秆、玉米秆)试件,测试各秸秆试件硬化干燥后的导热系数,为合理地确定粉煤灰空心砌块内的填充材料和掺配比例提供依据,农作物秸秆可以经过秸秆颗粒机、秸秆压块机压制成生物质成型燃料,生物质成型燃料是替代煤等化石能源最佳的选择。
1.2秸秆粉碎
    秸秆选用自然晾晒后的原状麦草秸秆、稻草秸秆和玉米秸秆,采用多功能粉碎机分别进行粉碎。秸秆粉碎后将其置于105℃烘箱中烘干,测试麦草秸秆、稻草秸秆和玉米秸秆的松散堆积密度秸秆依次为43.6、66.2、66.7kg/m3。
1.3试件设计
    为了防止秸秆材料腐烂霉变,在试件制作前将秸秆材料置于饱和石灰水中浸泡一段时间。采用石膏作为胶凝材料,石膏凝结硬化速度快,可使秸秆材料在较短的时间内固化定型。根据材料导热系数测定试验装置的要求,秸秆试件制作尺寸为300 mmx300 mmx50mm。
1.4试件分组
    秸秆材料属于较松散的材料,堆积密度小,空隙率大。当石膏掺量过小时,秸秆试件成型困难。通过大量试验发现,石膏的掺量为2倍以上秸秆掺量时的成型效果良好。本试验考虑不同秸秆材料、不同掺配比例对秸秆试件导热系数的影响,制作9组试件,不同秸秆试件的配比及其导热系数见表。
1.5试验装置及试验过程
    试验采用生产的JtrgG—III型建筑热流计式导热仪测定秸秆试件的导热系数。
    按表l列出的秸秆材料掺配比例制作秸秆试件,待试件制作完毕且养护1d后拆模,并将其在105-110℃烘干至恒重。试验时,将烘干后的秸秆试件紧靠热板,移动冷却单元,并拧紧压力装置,使试件与冷、热板接触紧密,最后装上保温套及有机玻璃罩。开启电源,将热板温度、冷板温度分别设定为35、5℃,试验过程中监测热流计输出电动势的变化,当其变化值小于±1.5%时仪器进入稳定状态,若连续4组读数给出的热阻差别不超过±1%,且不是单调地朝一个方向改变,结束试验。
1.6试验结果及分析
1.6.1试验结果
    各秸秆试件的导热系数测试结果见表1。
1.6.2结果分析
    (1)材料配比对导热系数的影响
    从表1可以发现,随着秸秆试件中石膏掺量的增加,试件的导热系数增大、保温性能降低。这是由于石膏掺量的增加使得秸秆试件硬化后秸秆与秸秆之间的空隙减小,试件更加密实,空气层热阻大的优势被削弱,使秸秆试件的导熟系数增加。
    麦秆试件的导热系数随石膏掺量的增加变化不大,在0.0783~0.0858 W/(m·K)波动,而稻秆试件、玉米秆试件的导热系数则变化较大。
  (2)秸秆材料对导热系数的影响
    从表l还可以看出,在石膏掺量较小情况下,玉米秆试件、稻秆试件的导热系数较小,且比较接近,麦秆试件的导热系数比两者高39%左右;在高配比情况下,稻秆试件的导热系数增大幅度最为明显。
    (3)秸秆填充料的选择
    对于用粉煤灰空心砌块砌筑的普通墙体而言(以下简称普通墙体),墙体热量的传递方式主要是导热和对流,而对于内填充秸秆粉料的粉煤灰空心砌块的保温墙体(以下简称保温墙体),热量传递方式主要是导热。根据传热学理论,单位面积传热量4:
    由式(1)可知,为使保温墙体获取较低的导热系数,应该减小秸秆层的导热系数,另外复合墙体的自重宜越轻越好。因此,合理的填充料应该满足2个条件:低导热系数(高热阻)和低表观密度(通过合理的材料配比体现)。这样,m(秸秆):m(石膏)=1:2.5的玉米秆试件和m(秸秆):m(石膏)=1:3的稻秆试件较符合要求,但根据试验情况发现,稻秆试件的成型效果较玉米秆试件差,综上所述,本研究选取m(秸秆):m(石膏=l;25的玉米秆粉料作为最终的粉煤灰空心砌块内秸秆填充料。
2、内填充农作物秸秆的粉煤灰砌块保温
  墙体热工性能测试
2.1试验目的
    通过测定内填充玉米秸秆粉料的粉煤灰砌块保温墙体、普通粉煤灰空心砌块墙体和加气混凝土砌块墙体的传热系数,分析在粉煤灰砌块孔洞内填充玉米秸秆对墙体热工性能的影响。
2.2试验装置
    本项试验采用JTRC-I型墙体及玻璃制品保温性能检测装置测定墙体的传热系数。
2.3保温墙体设计及测点布置
    在粉煤灰空心砌块(主规格尺寸为390 mmx240mmx190mm)的孔洞内填充经防腐处理后的玉米秸秆填充材料(见图1),掺配比例为m(玉米秸秆):m(石膏):m(水)=1:2.5:2.5。然后将粉煤灰保温砌块置于105~110℃烘箱中烘干,使砌块处于干燥状态。在试件架内用该砌块砌筑高×宽×厚=1000mm×1000mmx240哪的试验墙体,周围用聚氨酯板填实,并在墙体表面粉刷层内铺贴耐碱玻璃纤维网布防裂,待干燥硬化后布测温点及热流计。按上述同样方法制作无填充材料的普通粉煤灰空心砌块墙体和加气混凝土砌块墙体,作为对比构件。
    测温点及热流计具体布置为:砌体热箱面用黄油或凡士林将2块热流计板贴在表面上,热流计板周围均布4个热电偶,在与其相对应的冷面也相应布置4个热电偶。
2.4试验过程
    冷热箱的温度分别由冷箱的2台制冷压缩机及热箱中的加热器温控器等分别控制,试验时将热箱温度控制在35℃左右,冷箱温度控制在5℃左右,冷、热箱两侧的空气温差值控制在30℃左右。试验时观察温度和热流的变化,当热流冷热两侧值读数接近,没有明显的变化趋势,且稳定足够的时间,试验结束。
2.5试验结果及分析
    试验结果表明,普通粉煤灰空心砌块墙体、内填充玉米秸秆粉料的粉煤灰砌块保温墙体、加气混凝土砌块墙体的传热系数分别为2.234、0.988、0.950 W/(m2.K)。
    由此可知,普通粉煤灰空心砌块墙体的传热系数远远高于设计规范中规定的参数要求,达不到建筑节能的要求。而内填充玉米秸秆粉料的粉煤灰砌块保温墙体的传热系数相比于普通粉煤灰空心砌块墙体减小了55.8%,与工程中广泛应用的加气混凝土砌块墙体的传热系数相近,能大幅度地提高墙体的保温性能,达到自保温要求。
3、结语
    (1)随着秸秆试件中石膏掺量的增加,秸秆试件硬化后秸秆粉料间的空隙减小,试件更加密实,空气层热阻大的优势被削弱,秸秆试件的导热系数增大、保温性能降低。m(玉米秸秆):m(石膏)=1:2.5的玉米秆试件表观密度小,导热系数仅为0.0563 W/(m-K),是较好的粉煤灰砌块内填料。
    (2)内填充玉米秸秆粉料的粉煤灰砌块保温墙体的传热系数仅为0.988 W/(m2.K),相比较于普通粉煤灰空心砌块墙体减小了55.8%,与加气混凝土砌块墙体的传热系数相近,能大幅度提高墙体的保温性能,达到自保温要求。

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