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對(duì)預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板熱橋影響的再認(rèn)識(shí)(二)

來(lái)源:新?tīng)I(yíng)造作者:谷明旺 2018-04-03 閱讀:11911
  

各測(cè)試墻板的保溫厚度和拉結(jié)件連接方式情況如表2。


(2)夾心保溫外墻板的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)熱箱測(cè)試結(jié)果對(duì)比


此試驗(yàn)研究中,1 # ~4 # 測(cè)試墻板的混凝土和保溫厚度均一致,只是使用的保溫拉接件形式不同,也就是所形成的熱橋與差別,通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以對(duì)比反映不同的拉結(jié)件所形成的熱橋損失,由于美國(guó)使用o F 和 ft 、Btu作為溫度和尺寸、熱量單位,為了方便國(guó)內(nèi)讀者參考,根據(jù)其試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果,翻譯和換算結(jié)果摘錄如下表3(1h.f t2 . o F/Btu=0.1761m 2 .K/W)。

在以上表格中,我們假定采用 GFRP 保溫拉結(jié)件的1# 墻板熱阻值為 100%;2# 墻板采用了碳鋼拉接件,導(dǎo)致墻板熱阻下降 25%;3# 墻板采用混凝土肋穿過(guò)保溫,導(dǎo)致墻板熱阻下降40%;4# 墻板同時(shí)采用碳鋼金屬拉結(jié)件和混凝土肋穿過(guò)保溫,導(dǎo)致墻板的熱阻下降 50%。

從以上試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可以看出,金屬拉結(jié)件和混凝土穿過(guò)保溫板時(shí),雖然所形成的熱橋面積只有墻板面積的0.025%~0.26%,也會(huì)導(dǎo)致墻板的熱工性能下降25%~50%,墻板的熱阻值就是人們花錢(qián)所購(gòu)買(mǎi)得到的保溫隔熱性能,如果保溫拉接件設(shè)計(jì)有問(wèn)題,一旦形成了熱橋就會(huì)極大地降低墻板熱工性能,不但損失了投資成本,還會(huì)造成長(zhǎng)期的能源浪費(fèi),因此,在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),不能夠忽視熱橋的影響。


4. 夾心保溫外墻熱橋損失對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)的影響分析


通過(guò)前面兩個(gè)檢測(cè)報(bào)告的對(duì)比以及美國(guó)對(duì)夾心保溫外墻板熱橋試驗(yàn)研究的報(bào)告可以看出,熱橋的存在會(huì)導(dǎo)致墻板熱工性能指標(biāo)下降,為了滿(mǎn)足正常的建筑節(jié)能要求,在對(duì)夾心保溫外墻板設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該注意哪些問(wèn)題?

首先,應(yīng)該重視保溫拉接件的選型。根據(jù)常識(shí),金屬材料具有較高的導(dǎo)熱性能,應(yīng)該盡量選用導(dǎo)熱系數(shù)較低的 GFRP 保溫拉接件,有利于徹底消除熱橋。

如果采用金屬材質(zhì)制作的保溫拉接件,應(yīng)盡量選用導(dǎo)熱系數(shù)較低的不銹鋼材料,可以比普通碳鋼減少1/2~2/3 左右的熱橋損失。

其次,陽(yáng)臺(tái)和空調(diào)板由于受力要求,鋼筋和混凝土往往要穿過(guò)夾心保溫外墻,也會(huì)形成較大的熱橋,當(dāng)室內(nèi)外溫差較大時(shí),甚至?xí)鹁植坷淠Y(jié)露或墻體發(fā)霉,應(yīng)該采取措施進(jìn)行治理。通過(guò)以上分析,只要有不到 3%的墻板保溫缺失,形成的內(nèi)外混凝土聯(lián)通,就會(huì)使墻板的保溫性能下降 40%~50%,一般陽(yáng)臺(tái)和空調(diào)板的熱橋面積分別占?jí)Π宓?6%~7% 和 2% 左右,必須引起重視,應(yīng)該采取措施避免聯(lián)通橋?qū)Π宓谋匦阅苡绊?,如采用哈芬的?yáng)臺(tái)斷橋連接器,隔絕陽(yáng)臺(tái)板與室內(nèi)的熱交換(圖7)。必要時(shí),也可以將空調(diào)板改為不銹鋼室外支架,直接掛裝在外葉墻上,既輕便也有利于施工,并節(jié)省造價(jià)。

另外,通常門(mén)窗洞口部位往往是墻體熱阻的薄弱環(huán)節(jié),容易形成熱橋。對(duì)夾心保溫外墻板的設(shè)計(jì),應(yīng)該用保溫材料完全阻斷內(nèi)外層混凝土的連接。除了門(mén)窗的節(jié)能性達(dá)標(biāo)以外,門(mén)窗洞口的構(gòu)造方法非常重要,夾心保溫外墻板的內(nèi)外表面溫度不同,因此產(chǎn)生的熱脹冷縮也有差異,應(yīng)該用保溫層完全隔開(kāi),如果在洞口部位把混凝土聯(lián)通,不但會(huì)存在嚴(yán)重的熱橋,同時(shí)也無(wú)法避免聯(lián)通橋混凝土的開(kāi)裂,上海地區(qū)大量三明治外墻曾經(jīng)采用鋼筋混凝土封邊,所出現(xiàn)的問(wèn)題也證實(shí)了這一點(diǎn),因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量避免室內(nèi)外混凝土聯(lián)通。


03采用不同類(lèi)型拉接件的夾心保溫外墻板熱橋?qū)Ρ扔?jì)算分析


假設(shè)有三個(gè)實(shí)心山墻的尺寸均為 3600*2800mm,采用“200 厚混凝土內(nèi)葉墻 +50厚 XPS+50 厚混凝土外葉墻”構(gòu)造的夾心保溫外墻,如果分別采用Thermomass 截面5*10mm 的 GFRP 保溫拉結(jié)件和截面直徑 8mm 不銹鋼保溫拉接件、碳鋼拉結(jié)件制作,布置間距均為500*600mm,試分別計(jì)算三個(gè)墻板的熱阻值和熱橋造成的熱阻值損失率。(導(dǎo)熱系數(shù)取值:混凝土為1.28W/m.K,XPS為0.03W/m.K,GFRP為0.4W/m.K,不銹鋼為17W/m.K,普通碳鋼為 48W/m.K。)

▼(1)GFRP 夾心保溫外墻板的熱工性能指標(biāo)計(jì)算

250 厚混凝土的熱阻為:R 砼 =0.25/1.28=0.195m 2 .K/W

50 厚 XPS 的熱阻為:R XPS =0.05/0.03=1.67m 2 .K/W

外空氣幕熱阻為:R e =0.04m 2 .K/W

內(nèi)空氣幕熱阻為:R i =0.11m 2 .K/W

總熱阻為:R 總 =R 砼 R XPS +R e +R i =1.67+0.195+0.04+0.11=2.015m 2 .K/W

墻板主體的傳熱系數(shù)為:Kp=1/R 總 =0.49W/m 2 .K

GFRP 拉結(jié)件的傳熱系數(shù)為:Kb1=0.4/0.05=8W/m 2 .K

不銹鋼拉接件的傳熱系數(shù)為:Kb1=17/0.05=340W/m 2 .K

普通碳鋼拉接件的傳熱系數(shù)為:Kb1=48/0.05=960W/m 2 .K

(2)計(jì)算熱橋損失后的墻板平均傳熱系數(shù)

考慮熱橋損失后的墻板平均傳熱系數(shù),按照以下公式計(jì)

Km=(KpFp+Kb1Fb1 )/( Fp + Fb1)

其中 Fp 和 Fb1 分別為墻板面積和熱橋面積(墻板中的拉結(jié)件面積)。

GFRP 拉結(jié)件為:3600*2800/(500*600)*5*10=1680mm 2

不銹鋼拉結(jié)件為:3600*2800/(500*600)*42*3.14=1688mm 2

經(jīng)計(jì)算,GFRP 夾心墻的平均傳熱系數(shù)為:

Km=(0.49*3600*2800+8*1680)/(3600*2800+1680)=0.491W/m 2 .K

熱阻損失率 =(Km-Kp)/Kp=(0.491-0.49)/0.49=0.02%

用 GFRP 做拉結(jié)件,熱橋損失為 0.2%,幾乎可以忽略。

不銹鋼拉接件夾心墻的平均傳熱系數(shù)為:

Km=(0.49*3600*2800+340*1688)/(3600*2800+1688)=0.54W/m2.K

熱阻損失率 =(Km-Kp)/Kp=(0.54-0.49)/0.49=10.2%

用不銹鋼做拉結(jié)件,熱橋損失為 10.2%,有一定的影響。

碳鋼拉接件夾心墻的平均傳熱系數(shù)為:

Km=(0.49*3600*2800+960*1688)/(3600*2800+1688)=0.65W/m 2 .K

熱阻損失率 =(Km-Kp)/Kp=(0.65-0.49)/0.49=32.6%

用普通碳鋼做拉結(jié)件,熱橋損失為32.6%,影響很大。

從以上對(duì)比可以看出,用FRP拉結(jié)件制作的夾心保溫外墻板,幾乎沒(méi)有熱橋損失,采用金屬材料拉結(jié)件制作的夾心保溫外墻板,熱橋損失為10~30%左右。

對(duì)于不銹鋼拉接件的熱阻值損失率,計(jì)算為10.2%,與國(guó)外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)基本吻合,而國(guó)內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)卻高達(dá)30%,幾乎接近普通碳鋼拉結(jié)件的理論計(jì)算值,出現(xiàn)了較大的差異,經(jīng)過(guò)分析,可能是由于不銹鋼材質(zhì)不同所致。


04熱橋治理對(duì)于建筑節(jié)能的意義


1. 我國(guó)建筑外墻的節(jié)能發(fā)展情況


上世紀(jì)90年代以前,中國(guó)的建筑處于房屋短缺的階段,對(duì)于房屋的舒適性和建筑節(jié)能都重視不夠,由于北方地區(qū)冬季普遍需要采暖,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和物質(zhì)水平的提高,“節(jié)能墻改”工作逐漸提上議事日程,2000 年前后,北方地區(qū)首先提高了外墻保溫標(biāo)準(zhǔn),制定了節(jié)能 50% 的技術(shù)目標(biāo),這促進(jìn)了外墻保溫性能的提高,外墻的外保溫技術(shù)得到快速發(fā)展,盡管在外墻防火、外裝飾面開(kāi)裂、保溫脫落等方面還存在很多的問(wèn)題,但對(duì)于建筑節(jié)能起到了很大的作用,具有顯著的意義。

在一些夏熱冬冷地區(qū),外墻外保溫和外墻內(nèi)保溫技術(shù)并存,當(dāng)采用外墻內(nèi)保溫型式時(shí),陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板部位會(huì)形成嚴(yán)重的冷熱,導(dǎo)致了能量的大量流失,無(wú)形中白白浪費(fèi)了能源。

南方地區(qū)由于不需要采暖,但在夏季需要使用空調(diào),特別是 2000 年以后,新建的建筑幾乎都安裝了空調(diào),多數(shù)以使用電能為主,由于不是采用集中能源供應(yīng),外墻的保溫性能不足所導(dǎo)致的能源損失始終沒(méi)有引起足夠的關(guān)注,每年夏天空調(diào)使用高峰期都會(huì)發(fā)生拉閘限電停產(chǎn)等情況,近幾年這一現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。其實(shí)在南方地區(qū),提高外墻的熱阻,也是提升建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的重要手段。

但由于南方地區(qū)多雨和臺(tái)風(fēng)的影響,外墻一般難以采用外保溫的形式,大多數(shù)建筑都是采用外墻內(nèi)保溫形式,以?;⒅?a href="http://tgrunv7.cn/sell/list/3872/" target="_blank">保溫砂漿為主,雖然 90% 以上使用保溫砂漿的建筑,并不能真正滿(mǎn)足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求,且外墻內(nèi)側(cè)無(wú)法釘掛重物,但由于缺乏技術(shù)而得不到改變;甚至很多項(xiàng)目交工后,住戶(hù)裝修前的第一件事情就是鏟除外墻的內(nèi)保溫,不但花掉了基建成本,而且沒(méi)有得到一點(diǎn)節(jié)能的效果,同時(shí)產(chǎn)生了大量的建筑垃圾,這一現(xiàn)象應(yīng)該引起重視。

夾心保溫外墻的保溫材料是夾在兩層不燃的混凝土之間,在滿(mǎn)足墻板節(jié)能要求的同時(shí),徹底地避免了火災(zāi)危險(xiǎn)和保溫材料受潮失效,經(jīng)過(guò)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家近五十年的實(shí)踐,技術(shù)已經(jīng)非常成熟,是一種非??煽康谋毓?jié)能技術(shù),可以適合于我國(guó)任何氣候的地區(qū),也適用于多雨和臺(tái)風(fēng)地區(qū),詳見(jiàn)深圳市住建局《深圳市 PC 建筑外墻節(jié)能集成技術(shù)研究》課題報(bào)告,本文不再贅述。


2. 夾心保溫外墻板熱橋治理的意義


隨著國(guó)內(nèi)裝配式建筑的興起,夾心保溫外墻的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,這一技術(shù)應(yīng)用成功的關(guān)鍵是保溫拉結(jié)件的設(shè)計(jì)、選型,通過(guò)前文的對(duì)比試驗(yàn)和計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn),熱橋?qū)τ趭A心保溫外墻板的熱工性能影響非常大,特別是金屬材料保溫拉接件所形成的熱橋,會(huì)使墻板的熱阻損失高達(dá) 10%~30%,樓板和陽(yáng)臺(tái)等混凝土聯(lián)通橋形成的熱橋更是高達(dá) 40%~50%,使業(yè)主在外墻保溫節(jié)能方面造成巨大的浪費(fèi),有必要進(jìn)行治理。

我國(guó)的建筑節(jié)能經(jīng)歷了節(jié)能 30%、節(jié)能 50%、節(jié)能65% 幾個(gè)階段,北方地區(qū)已經(jīng)上升到節(jié)能 75% 的標(biāo)準(zhǔn),每一次標(biāo)準(zhǔn)的提升,都是在前一標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能基礎(chǔ)之上提高了 30% 的要求,如果不重視熱橋的影響,一旦熱橋損失過(guò)大,就會(huì)使保溫節(jié)能成為自欺欺人的“安慰性計(jì)算”,而實(shí)際效果卻大打折扣。

南方地區(qū)由于沒(méi)有采暖的要求,節(jié)能主要體現(xiàn)在節(jié)省空調(diào)的電耗方面,如果外墻存在較大的熱橋,同樣地會(huì)大大降低節(jié)能的效果;如果東、西墻體的蓄熱能力較強(qiáng),由于白天外墻表面的溫度已經(jīng)非常高,即使是在夜晚也還會(huì)大量消耗空調(diào)能源,因此熱橋治理對(duì)于南方地區(qū)同樣重要。

最有效的措施就是盡量避免內(nèi)外葉墻的鋼筋和混凝土形成聯(lián)通,聯(lián)通材料只能使用導(dǎo)熱系數(shù)較低的高強(qiáng)度材料,才能防止造成熱橋損失,達(dá)到較高的熱阻和較低的墻體傳熱系數(shù),真正地實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。


05總結(jié)


1. 在夾心保溫外墻板設(shè)計(jì)時(shí),必須采用有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性材料穿透保溫層時(shí),由于熱橋而產(chǎn)生的熱阻損失率,并不與熱橋面積率成正比,而與穿透材料的導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系很大。熱橋的導(dǎo)熱系數(shù)越大,損失率越大,反之則越小。

2. 連接內(nèi)外葉墻板保溫拉接件宜采用 GFRP 等低導(dǎo)熱系數(shù)的高強(qiáng)度材料制作,所形成的熱橋損失小于 1%,可以忽略不計(jì)。

3. 如果采用金屬材料保溫拉結(jié)件(不銹鋼、普通碳鋼),即使拉結(jié)件總面積達(dá)到墻板總面積的0.2%~0.3%時(shí),金屬拉結(jié)件熱橋會(huì)導(dǎo)致墻板傳熱系數(shù)增大 10%~30%,不容忽視,應(yīng)該適當(dāng)加厚保溫厚度。

4. 不銹鋼材料的種類(lèi)很多,并且化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)的差異會(huì)造成導(dǎo)熱系數(shù)變化很大,對(duì)用于制作保溫拉結(jié)件的不銹鋼材料,應(yīng)該進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè),提供其熱工參數(shù)后方可計(jì)算。

5. 如果有鋼筋混凝土穿過(guò)夾心保溫外墻板保溫層時(shí),會(huì)形成嚴(yán)重的熱橋,當(dāng)熱橋的面積達(dá)到墻板面積的3%左右時(shí),將造成墻板熱阻值下降40%~50%,在對(duì)夾心保溫外墻板設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對(duì)熱橋影響進(jìn)行分析,經(jīng)計(jì)算確定保溫厚度,并進(jìn)行防結(jié)露驗(yàn)算。

在采用夾心保溫外墻的裝配式建筑中,對(duì)于陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板的熱橋影響,如果不采用斷橋措施,應(yīng)該計(jì)算熱橋損失。


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