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傳熱分析
對(duì)生物基砂混凝土復(fù)合塊和對(duì)照樣品（100%砂混凝土）進(jìn)行傳熱分析。使用上面圖6的實(shí)驗(yàn)裝置，使用為每個(gè)樣品獲得的導(dǎo)熱率值（k）來(lái)評(píng)估塊體每單位表面積的傳熱速率。單位表面積的熱傳遞率（熱通量）定義為：
(8)
式中，L是塊體在熱流方向上的厚度，ΔT是塊體表面溫度差。圖11顯示了不同模擬時(shí)間（從日出到日落：格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間7:00到格林威治時(shí)間18:00）下，砂質(zhì)混凝土-鋸屑和砂質(zhì)混凝土棕櫚纖維復(fù)合塊的熱通量結(jié)果。僅顯示了滿(mǎn)足最小3.0 MPa抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的砌塊的結(jié)果。
圖11
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圖11.砂質(zhì)混凝土生物基復(fù)合砌塊的熱通量。
從圖11的結(jié)果中可以觀察到，對(duì)于砂質(zhì)混凝土鋸屑和砂質(zhì)混凝土棕櫚纖維的復(fù)合材料，壁熱流最初在日出時(shí)增加，在下午2點(diǎn)（14 GMT）左右達(dá)到峰值，然后下降到日落。還觀察到，S10、P10和P20的熱通量沒(méi)有明顯差異。與其他復(fù)合樣品相比，樣品P30始終具有最低的熱通量值。將P30與對(duì)照樣品相比，在下午2點(diǎn)（格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間14:00）左右，最大熱流減少約52 W/m2。該結(jié)果提供了使用樣本P30作為有效建筑材料來(lái)降低建筑物墻體傳輸負(fù)荷的見(jiàn)解，以最小化其空調(diào)負(fù)荷，從而減少空調(diào)設(shè)備的電力需求。
結(jié)果還表明，在任何給定的時(shí)間，熱通量隨著復(fù)合塊中生物基材料組成的增加而減小。熱流密度的降低是由于砂質(zhì)混凝土材料中鋸屑和棕櫚纖維的百分比增加而導(dǎo)致復(fù)合塊的導(dǎo)熱率降低。這一結(jié)果與[42,46,27,47]的研究結(jié)果相比較，在使用植物基材料降低建筑材料的熱導(dǎo)率時(shí)，結(jié)果令人滿(mǎn)意。
生物基砂混凝土砌塊的節(jié)電潛力
使用上面表3中給出的數(shù)據(jù)和辦公室墻壁的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)，考慮到辦公室墻壁由不同的復(fù)合砌塊構(gòu)成，與對(duì)照樣本相比，使用公式（9）[48]計(jì)算了辦公室空間冷卻的潛在節(jié)省電量。
(9)
其中H是每天空間冷卻的小時(shí)數(shù)。對(duì)于辦公空間的冷卻，每天使用8小時(shí)的冷卻。冷卻度日（DDC）值從[49]的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。在具有滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的S10、P10、P20和P30的對(duì)照樣品（U）和復(fù)合樣品（Ucom）的情況下，計(jì)算多層壁的總傳熱系數(shù)（等式（4））。表5顯示了使用內(nèi)表面和外表面涂有水泥灰泥的不同復(fù)合砌塊的建筑墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱系數(shù)（）差異。
表5.總傳熱系數(shù)的差異。
整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的塊類(lèi)型差異（）（W/m2°C）
控制–
S10 1.68±0.09
P10 1.43±0.07
P20 1.73±0.09
P30:2.46±0.11
圖12顯示了使用不同復(fù)合砌塊建造的辦公墻獲得的年度節(jié)電潛力的結(jié)果。
圖12
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圖12.生物基復(fù)合砌塊的潛在年節(jié)電量。
圖12的結(jié)果顯示，與對(duì)照樣品相比，使用用于辦公室墻壁的不同復(fù)合塊在辦公室空間冷卻中存在顯著的潛在節(jié)電。結(jié)果表明，與對(duì)照樣品相比，復(fù)合材料S10、P10、P20和P30的潛在節(jié)電量分別為309.9 kWh/年、264.1 kWh/年、319.2 kWh/年和453.4 kWh/。這項(xiàng)研究表明，使用沙礫巖棕櫚纖維復(fù)合材料P30的辦公室每年最大節(jié)電潛力為453.40 kWh。本研究獲得的結(jié)果揭示了使用生物基材料來(lái)改善主要用于撒哈拉以南非洲的砂混凝土砌塊建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱性能，從而大大降低建筑用電量的潛力。
結(jié)論和建議
根據(jù)本研究獲得的結(jié)果，得出以下主要結(jié)論：
我
隨著生物基材料比例的增加，復(fù)合砂混凝土砌塊的密度和導(dǎo)熱系數(shù)降低。為了達(dá)到最小值為了實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足高效能源使用要求的最小可能導(dǎo)熱率，為復(fù)合砂混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度設(shè)定了最小限度。
二,
對(duì)于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度，使用3MPa的最小限值或約束條件，發(fā)現(xiàn)復(fù)合樣品：S10、P10、P20和P30適用于最小化墻體傳熱。
三
與100%砂質(zhì)混凝土（PO）的對(duì)照樣品相比，復(fù)合P30在峰值壁熱傳輸負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)了52 W/m2的最大熱通量減少。這項(xiàng)研究的結(jié)果還表明，使用砂質(zhì)混凝土棕櫚纖維復(fù)合材料P30作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的辦公空間冷卻，每年的最大節(jié)電潛力為453.40 kWh。
競(jìng)合權(quán)益聲明
我們寫(xiě)信確認(rèn)與我們的機(jī)構(gòu)或我們的資助機(jī)構(gòu)提交的文章沒(méi)有利益沖突。這項(xiàng)研究的贊助者在工作中得到了應(yīng)有的認(rèn)可，我們相信這篇文章的審查和發(fā)表不會(huì)對(duì)您的期刊造成任何威脅。
承認(rèn)
作者要感謝加納庫(kù)馬西夸梅·恩克魯瑪科技大學(xué)的資助和研究辦公室（OGR），該辦公室為“加納綠色冷卻倡議”項(xiàng)目下的這項(xiàng)研究提供了資金支持（資助號(hào)：KREF/COE2019）。
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