墻體保溫與墻體傳熱系數(shù)測(cè)試

摘 要：文章簡(jiǎn)述了墻體保溫的基本構(gòu)造及相關(guān)保溫材料，重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)墻體傳熱系數(shù)，采用防護(hù)熱箱法檢測(cè)墻體傳熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)墻體傳熱系數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。

關(guān)鍵詞：墻體節(jié)能；墻體保溫；傳熱系數(shù)；防護(hù)熱箱法

住宅建筑節(jié)能關(guān)鍵之一是加強(qiáng)外墻保溫，建筑物外墻傳熱面占整個(gè)建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的66%左右。通過外墻傳熱所造成的能耗損失約占建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗損失的48%。桂林市每年竣工300多萬平方米的居住建筑，其建筑墻體材料在我國(guó)還沒執(zhí)行《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50411-2007）之前大部分以粘土實(shí)心磚為主，粘土磚外墻保溫性能差，按照《廣西壯族自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB 45/221-2007）北區(qū)居住建筑外墻的傳熱系數(shù)為K≤1.5W/(m2?K)的要求，240mm厚的粘土實(shí)心磚墻體需加厚到480mm厚的墻體才能達(dá)到要求。因此，抓緊研制新型建筑墻體材料及保溫節(jié)能技術(shù)迫在眉睫。

一 墻體保溫

墻體保溫技術(shù)重點(diǎn)是外墻保溫。外墻保溫可分為外墻自保溫、外墻內(nèi)保溫、中間保溫和外墻外保溫。

（１）外墻自保溫

外墻自保溫系統(tǒng)是墻體自身的材料具有節(jié)能阻熱的功能，當(dāng)前，使用較多的是蒸壓加氣混凝土砌塊，尤其是砂加氣混凝土砌塊，其材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)低，由于在混凝土里加入引氣劑后，形成大量封閉孔洞，使得這類砌塊保溫隔熱性能好，并將圍護(hù)和保溫合二為一，無需另外附加保溫隔熱材料，在滿足建筑要求的同時(shí)又能滿足保溫節(jié)能要求。盡管外墻自保溫優(yōu)勢(shì)明顯，但仍存在較大缺陷，推廣難度不少。自保溫材料強(qiáng)度比較低，抗裂性不很理想，時(shí)間長(zhǎng)容易產(chǎn)生墻體開裂現(xiàn)象。

（２）外墻內(nèi)保溫

外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)即保溫材料置于外墻內(nèi)側(cè)，施工簡(jiǎn)單易行，常用到的保溫材料有建筑保溫砂漿或膨脹玻化微珠保溫隔熱砂漿，聚苯顆粒保溫漿料，絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS板），絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS板），以及酚醛板、泡沫玻璃等保溫材料。由于絕熱材料強(qiáng)度較低，需設(shè)覆面層保護(hù)（如加貼玻纖網(wǎng)格布抹3～5mm厚抗裂砂漿層）。對(duì)于內(nèi)保溫，當(dāng)前存在的問題是外墻內(nèi)保溫的保溫層構(gòu)造位置使得建筑物外墻與內(nèi)墻分別處于兩個(gè)不同溫度環(huán)境。一般來說，環(huán)境溫度每變化10℃會(huì)引起墻體萬分之一的混凝土材料漲縮，從而引起內(nèi)保溫材料開裂，則冷熱橋更加突出，對(duì)建筑物的使用壽命也不利，且內(nèi)保溫占用了室內(nèi)的使用面積，內(nèi)墻懸掛物件很容易破壞內(nèi)保溫層，影響住戶的二次裝修。因此，外墻內(nèi)保溫較之外保溫，是一種過渡的、落后的保溫節(jié)能技術(shù)。

（３）中間保溫

將絕熱材料設(shè)置在外墻中間，有利于發(fā)揮墻體材料本身對(duì)外界環(huán)境的防護(hù)作用，從而降低造價(jià)。在磚砌體、砌塊或鋼筋混凝土墻體中間安設(shè)巖棉板、玻璃棉板、聚苯板，或在砌塊內(nèi)部填充聚苯板，或填（吹）入散狀（或袋狀）膨脹珍珠巖、聚苯顆粒、玻璃棉等，可取得良好的保溫效果，但要填充密實(shí)，避免內(nèi)部形成空氣對(duì)流，并做好內(nèi)外墻間的牢固拉結(jié)，這一做法特別在地震區(qū)較為重視。在廣西南寧、柳州地區(qū)用填充聚苯板的混凝土空心砌塊或填入聚苯顆粒的混凝土空心砌塊砌筑墻體較為常見，這種做法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便，有較好的保溫效果，缺點(diǎn)是熱橋部位得不到很好的處理。

（４）外墻外保溫

外墻外保溫是復(fù)合墻體的一種主要形式，是將保溫材料做在外墻結(jié)構(gòu)的外部，使之具有保溫隔熱的功能。外保溫在我國(guó)有很大的發(fā)展前途，當(dāng)前應(yīng)用也比較廣泛，是最值得推廣和研發(fā)的節(jié)能保溫技術(shù)。外保溫比內(nèi)保溫有諸多優(yōu)越性：1）外保溫可以避免產(chǎn)生冷橋。采用保溫復(fù)合墻體后，原來既可作為承重又可作為保溫用的墻體可以減薄，但如果用內(nèi)保溫，則冷橋的問題就趨于嚴(yán)重。而冷橋會(huì)導(dǎo)致潮濕、結(jié)露、淌水和發(fā)霉，外保溫則不存在這個(gè)問題，在同樣的保溫水平（如用50mm厚絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料）條件下外保溫要比內(nèi)保溫的熱損失可減少約1/5，從而節(jié)約了熱能。2）外保溫復(fù)合墻體內(nèi)部的實(shí)體墻熱容量大，能使諸如太陽輻射或間歇采暖造成的室內(nèi)溫度變化減緩，室溫較為穩(wěn)定，生活較為舒適，也使太陽輻射的熱、人體散熱、家用電器及炊事散熱等因素產(chǎn)生的“自由熱”得到較好的利用，有利于節(jié)能。3）由于采用外保溫，墻體受到保護(hù)，室外氣候條件引起的墻體內(nèi)部較大的溫度變化在外保溫層內(nèi)，避免了內(nèi)部的磚墻或混凝土墻體中發(fā)生大的溫度變化。這樣，外墻主體產(chǎn)生裂縫、變形、破損的危險(xiǎn)大為減輕，壽命可以大大延長(zhǎng)。4）在進(jìn)行舊房改造時(shí)，外側(cè)保溫不會(huì)象內(nèi)側(cè)保溫那樣，使住戶增加很多麻煩，也不至于因此減少室內(nèi)使用面積。5）住戶進(jìn)住前進(jìn)行裝修時(shí)，房屋內(nèi)保溫層往往遭到破壞，如果采用外保溫，則可以避免發(fā)生這種情況。6）外保溫綜合經(jīng)濟(jì)效益高。外保溫工程每平方米造價(jià)比內(nèi)保溫相對(duì)高一些，但比內(nèi)保溫增加了使用面積約1.8%～1.9%，有節(jié)約能源和改善熱環(huán)境等好處，總的效益十分顯著。7）在我國(guó)，外保溫技術(shù)近年來得到了飛速的發(fā)展，一些研發(fā)機(jī)構(gòu)也開發(fā)了多種各有特色的外保溫技術(shù)和各種保溫材料。歸納起來，外墻外保溫系統(tǒng)的基本做法由下列幾部分組成：a、基層墻體：頁巖燒結(jié)多孔磚墻、粘土磚墻、混凝土空心砌塊墻、蒸壓加氣混凝土砌塊墻、鋼筋混凝土墻；b、粘結(jié)層（粘結(jié)膠漿）或是界面層（界面砂漿）；c、絕熱層（保溫層）：擠塑板、聚苯板、酚醛板、泡沫玻璃、建筑保溫砂漿或膨脹玻化微珠保溫隔熱砂漿、聚苯顆粒保溫漿料，也有用玻璃棉或巖棉；d、保護(hù)層：抗裂砂漿或抹面膠漿+玻璃纖維網(wǎng)格布，若用保溫板類，則用玻璃纖維網(wǎng)布并用錨栓加固；若采用巖棉板作保溫，則用鋼絲網(wǎng)片。ｅ、飾面層：多用薄涂層、面層涂料，也有用飾面磚或飾面板等。

外保溫存在的主要技術(shù)問題仍是如何避免日后表面裂縫、空鼓和脫落。為此，對(duì)于保溫材料（性能以及尺寸誤差）、網(wǎng)格布（孔眼、強(qiáng)度、重量、保護(hù)層、搭接等）、膠粘劑及面層砂漿（配合比、厚度、養(yǎng)護(hù)）以及其構(gòu)造作法等諸多因素，都要一一妥善處理，要嚴(yán)格遵守有關(guān)技術(shù)規(guī)程，確保墻體外保溫的施工質(zhì)量。

二 墻體傳熱系數(shù)測(cè)試

傳熱系數(shù)是指在穩(wěn)態(tài)傳熱條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度差為1K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量，單位為W/（m2?K）。傳熱系數(shù)是衡量房屋建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能水平優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)，傳熱系數(shù)越大，則建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能水平越低，能耗損失越大。反之，則建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能水平越高，能耗損失越小。測(cè)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)目前國(guó)內(nèi)外通常采用標(biāo)定和防護(hù)熱箱法、熱流計(jì)法、紅外熱像儀法等。按檢測(cè)場(chǎng)所不同又分為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。墻體傳系數(shù)的測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通常采用防護(hù)熱箱法和標(biāo)定熱箱法，按《絕熱 穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定 標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》GB/T13475-2008標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)墻體傳系數(shù)通常采用熱流計(jì)法，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9869《建筑構(gòu)件熱阻和傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量》、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1046《建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件熱流和溫度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量》和ASTM C1155《由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)確定建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件熱阻》都對(duì)熱流計(jì)法作了詳細(xì)規(guī)定。這里重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)墻體傳熱系數(shù)——防護(hù)熱箱法。

（１）防護(hù)熱箱法檢測(cè)墻體傳熱系數(shù)

1）基本原理：用人工制造一個(gè)一維傳熱環(huán)境，被測(cè)部位的內(nèi)側(cè)用熱箱模擬采暖建筑室內(nèi)條件，并使熱箱內(nèi)和室內(nèi)空氣溫度保持一致，另一側(cè)為室外自然條件，這樣被測(cè)部位的熱流總是從室內(nèi)向室外傳遞；當(dāng)熱箱內(nèi)加熱量與被測(cè)部位的傳遞熱量達(dá)平衡時(shí)，通過測(cè)量熱箱的加熱量得到被測(cè)部位的傳熱量，經(jīng)計(jì)算得到被測(cè)部位的傳熱系數(shù)。試驗(yàn)墻體傳熱系數(shù)[W/（m2·K）]應(yīng)按下式計(jì)算：K=Q1/[A×(Tni-Tne)]·········(1)

其中，Q1為通過試件的熱流量，W；(Tni-Tne)為試驗(yàn)墻體內(nèi)外側(cè)環(huán)境溫度差，K；A為計(jì)量面積，m2；

Q1= Q- Q3·········(2)

其中，Q為總輸入功率，W；Q3為通過計(jì)量箱壁的熱流量，W。

2）墻體傳熱系數(shù)檢測(cè)：儀器設(shè)備選用《穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測(cè)定系統(tǒng)》（CD-WTB1010型），檢測(cè)裝置由試件框、冷箱、防護(hù)箱和計(jì)量箱四部分組成，計(jì)量面積為1m2。測(cè)量一新建住宅建筑主體外墻，外墻具體構(gòu)造由內(nèi)至外依次為20mm厚石灰水泥砂漿、240mm厚頁巖燒結(jié)多孔磚砌體、20mm厚水泥砂漿。在試件框內(nèi)砌筑一幅規(guī)格為1260mm×1260mm類似于所測(cè)建筑外墻的試驗(yàn)墻體，待墻體自然涼干后，將試件箱推入檢測(cè)設(shè)備安裝位置，在試件的兩側(cè)各均勻布好9個(gè)傳感器，用手將計(jì)量箱和試件框緊緊連在一起將其固定，進(jìn)行密封處理，然后將防護(hù)箱和試件框用夾具連緊，開啟電腦進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。系統(tǒng)在平衡后達(dá)到穩(wěn)態(tài)，則開始正式采集數(shù)據(jù)，每隔30分鐘采集數(shù)據(jù)一次，共采集6次，測(cè)試自動(dòng)結(jié)束。測(cè)試時(shí)熱箱設(shè)定溫度為35℃，溫度波動(dòng)范圍在0.25℃之內(nèi)；冷箱設(shè)定溫度為-5℃，溫度波動(dòng)范圍在0.3℃之內(nèi)；墻體表面溫度波動(dòng)范圍在0.5℃之內(nèi)，加熱功率允許誤差在5%以內(nèi)。6次測(cè)試熱箱的平均溫度為307.89K、冷箱的平均溫度為268.00K，加熱功率為73.37W，通過計(jì)量箱壁的熱流量為0.06W，通過方程(2)至方程(1)計(jì)算得到墻體傳熱系數(shù)為1.838 W/（m2·K）。

3）檢測(cè)結(jié)果分析比較：

表中材料導(dǎo)熱系數(shù)λ及墻體內(nèi)、外表面換熱阻Ri、Re 由《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-93查得

通過防護(hù)熱箱法檢測(cè)墻體所得傳熱系數(shù)與理論計(jì)算值比較要大于理論計(jì)算值，這是因?yàn)椋环矫胬碚撚?jì)算中所采用的熱工參數(shù)是綜合考慮不同材料物理、力學(xué)性能后給出的經(jīng)驗(yàn)值，僅能作為房屋建設(shè)前的設(shè)計(jì)依據(jù)；另一方面試驗(yàn)墻體在測(cè)試時(shí)由于環(huán)境溫度、濕度等的影響，傳熱系數(shù)也有所改變。

（２）傳熱系數(shù)測(cè)試結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)墻體傳熱系數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出以下結(jié)論：1）實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)近似等于現(xiàn)場(chǎng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)體的傳熱系數(shù)；2）實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)往往比理論計(jì)算值要大；3）試驗(yàn)表明，只要人為可實(shí)現(xiàn)較大溫差的一維傳熱過程時(shí)，防護(hù)熱箱法也可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

三 結(jié)束語

我們要努力掌握先進(jìn)的建筑節(jié)能技術(shù)，大力推廣建筑節(jié)能，提倡低碳、綠色、生態(tài)的生產(chǎn)生活方式，使建筑節(jié)能深入人心。為此，我們要在建筑節(jié)能方面進(jìn)行科技創(chuàng)新，一方面努力在墻體保溫、屋面保溫、門窗保溫、綠色照明等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的更大的技術(shù)突破，另一方面，進(jìn)一步加強(qiáng)成熟、適用新技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，鼓勵(lì)和扶持可再生能源在建筑領(lǐng)域的規(guī)模化利用。

參考文獻(xiàn)

[1] 蒙斌.建筑外墻保溫技術(shù)與建筑節(jié)能.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2008年第14期

[2] 王小軍，朱文獻(xiàn).防護(hù)熱箱法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)外墻傳熱系數(shù).上海建材2005年04期。

[3] 林剛.建筑墻體節(jié)能技術(shù)與外墻內(nèi)保溫施工過程控制.科學(xué)大眾2006年03期

[4] 羅洪建，劉加勇.淺談建筑墻體的節(jié)能技術(shù).應(yīng)用能源技術(shù)2007年06期

[5] GB/T 13475-2008，絕熱 穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定 標(biāo)定和防護(hù)熱箱法。