鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)修正研究

2013-05-12 10:33:50李勝英陳翠紅杜家林

天津建設(shè)科技 2013年6期

□文/李勝英陳翠紅郭磊杜家林

□陳翠紅、郭磊、杜家林/天津住宅科學(xué)研究院有限公司。

□文/李勝英陳翠紅郭磊杜家林

以鋼絲網(wǎng)架聚苯板為研究對(duì)象，分析研究外墻和屋面用鋼絲網(wǎng)架聚苯板中聚苯板(芯板)導(dǎo)熱系數(shù)的修正值。研究發(fā)現(xiàn)，外墻和屋面用鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)差異較大；屋面用鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)大于外墻用鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)。

鋼絲網(wǎng)架；聚苯板；導(dǎo)熱；系數(shù)；修正

鋼絲網(wǎng)架聚苯板是以模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板為芯材，兩側(cè)外覆高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)片，網(wǎng)片用鍍鋅鋼絲斜插穿過聚苯板，點(diǎn)焊連接而成的三維空間組合板材[1]。鋼絲網(wǎng)架聚苯板因具有質(zhì)量輕、抗震性好、施工簡(jiǎn)便、耐候性好，在我國北方應(yīng)用較為廣泛[2]。

在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)階段，要對(duì)材料的基本參數(shù)充分掌握，其中最重要的是材料導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)是材料本身所固有屬性，表征物質(zhì)傳遞熱量能力的大小[3]。

但將其用于外墻或屋面保溫系統(tǒng)后，由于施工誤差、環(huán)境、工藝等的影響[4]，會(huì)造成外墻屋面保溫系統(tǒng)實(shí)際節(jié)能效果普遍低于預(yù)期。再者材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定是在絕干狀態(tài)或一定的標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行的，與實(shí)際使用情況不一致，因此就需要進(jìn)行修正[5]。為此，天津市出臺(tái)了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同種類、不同施工工藝、不同使用部位的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)作了明確規(guī)定，以供設(shè)計(jì)人員使用，但這些沒有經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證得出的導(dǎo)熱系數(shù)修正值絕大部分帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，缺乏數(shù)據(jù)支持，有可能會(huì)與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差。

DB29-1—2010《天津市公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及DB29-153—2010《天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)和屋面外保溫系統(tǒng)中的鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定為0.039W/(m·K)并設(shè)定了外墻1.5，屋面1.6的修正系數(shù)[6～7]，即鋼絲網(wǎng)架聚苯板有效導(dǎo)熱系數(shù)0.0585W/(m·K)和0.0624W/(m·K)。這2項(xiàng)鋼絲網(wǎng)架聚苯板的修正系數(shù)由于帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性，需要進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證來確定其有效性，而國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50176—1993《民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)鋼絲網(wǎng)架聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)并沒有提及，綜上研究鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)修正，非常有現(xiàn)實(shí)意義。

1 鋼絲網(wǎng)架聚苯板

本研究中使用的鋼絲網(wǎng)架聚苯板，由于使用部位不同，鋼絲網(wǎng)架的自身結(jié)構(gòu)也是不同的，見圖1和圖2。用于墻體保溫的鋼絲網(wǎng)架聚苯板兩側(cè)保護(hù)的鋼絲均為φ2mm細(xì)絲交織組成，而用于屋面的鋼絲網(wǎng)架聚苯板由于要受到一定載荷，故一面(受拉面)要由強(qiáng)度較好φ4 mm粗鋼絲和φ2mm細(xì)鋼絲交替編織，另一面(受壓面)為φ2mm細(xì)絲組成，網(wǎng)片用鍍鋅鋼絲斜插穿過聚苯板，點(diǎn)焊連接而成。

圖1 鋼絲網(wǎng)架聚苯板外墻板

圖2 鋼絲網(wǎng)架聚苯板屋面板

2 試驗(yàn)部分

為全面研究鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)，采用用于外墻芯板厚度最小為50mm、最大為130 mm以及屋面厚度最小為70mm、最大140mm的鋼絲網(wǎng)架聚苯板及相同厚度材質(zhì)的聚苯板裸板，力求在目前使用的鋼絲網(wǎng)架聚苯板厚度范圍內(nèi)，對(duì)不同厚度鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究。

鋼絲網(wǎng)架聚苯板芯板和裸板兩側(cè)各輔以40mm厚細(xì)石混凝土制備試驗(yàn)試件，進(jìn)行傳熱系數(shù)的試驗(yàn)，測(cè)得的傳熱系數(shù)，再根據(jù)式（1）～（3）計(jì)算芯板的導(dǎo)熱系數(shù)以及裸板的導(dǎo)熱系數(shù)。鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)按式（4）計(jì)算。

式中：Uwall為試驗(yàn)測(cè)得試件的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Ri為試件內(nèi)表面換熱阻，0.11m2·K/W；Re為試件外表面換熱阻，0.04m2·K/W；d1、d3為鋼筋混凝土厚度，mm；λ1、λ3為鋼筋混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，1.74W/(m·K)；λ2為芯板導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；λ2為裸板導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；d2為芯板厚度，mm；α為導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)。

采用建筑墻體保溫性能檢測(cè)設(shè)備，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)熱傳遞法對(duì)試驗(yàn)試件的傳熱系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，試件預(yù)制成型后，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)至恒重，檢測(cè)試件的傳熱系數(shù)。

測(cè)得試驗(yàn)用墻體的傳熱系數(shù)及計(jì)算所得的導(dǎo)熱系數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)

由表1可知，測(cè)試計(jì)算得到鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)較聚苯板裸板的導(dǎo)熱系數(shù)略顯增加，外墻用鋼絲網(wǎng)架聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)整體上小于屋面用鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)，即試驗(yàn)得到外墻用鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)小于屋面用鋼絲網(wǎng)架聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)。究其原因，是因?yàn)?種鋼絲網(wǎng)架聚苯板的結(jié)構(gòu)造成的，屋面用鋼絲網(wǎng)架的一個(gè)側(cè)面是由粗的鋼絲和細(xì)鋼絲交織而成，兩側(cè)面的鋼絲網(wǎng)有穿透的鋼絲連接形成傳熱橋，而粗鋼絲的傳熱能力必然會(huì)大于細(xì)鋼絲的傳熱能力，導(dǎo)熱系數(shù)的修正值較大是符合科學(xué)規(guī)律的。

對(duì)于聚苯板鋼絲網(wǎng)架系統(tǒng)，聚苯板被鋼絲包裹和穿插，鋼絲具有較好的導(dǎo)熱性能，整個(gè)體系中鋼絲的熱橋效應(yīng)明顯，現(xiàn)行的建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，鋼絲網(wǎng)架聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)就為1.5，對(duì)于外墻用鋼絲網(wǎng)架聚苯板，厚度最大和最小的鋼絲網(wǎng)架聚苯板（芯板）的導(dǎo)熱系數(shù)修正值分別為1.51和1.52，相差不大，與天津節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的鋼絲網(wǎng)架聚苯板（芯板）的導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)較為一致。屋面用厚度最大和最小的鋼絲網(wǎng)架聚苯板（芯板）導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)分別為1.57和1.60，平均值為1.59，這也與標(biāo)準(zhǔn)中的鋼絲網(wǎng)架聚苯板（芯板）導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)一致。