外墻內外保溫性能的研究

文/張競一、蘭鑫 指導教師 張豫川 蘭州大學 甘肅省 蘭州市 730107

外墻內外保溫性能的研究

文/張競一、蘭鑫 指導教師 張豫川 蘭州大學 甘肅省 蘭州市 730107

研究外墻內保溫和外保溫在傳熱性能上的差異，用ansys軟件建立一個簡單的框架模型，分別做出保溫層在外墻內和保溫層在外墻外的不同熱量傳遞圖，并基于熱量傳遞圖進行以下分析：1、總的傳熱差值在不同起始室外溫度下的變化。2、具有不同熱傳導系數的不同材料在內外保溫時的熱量變化差異。并結合上述分析對不同氣候環境下的保溫措施提出意見。

外墻內保溫；外墻外保溫；導熱系數；傳熱

1、引言：

建筑節能是本世紀我國建筑業的一個重要的課題，而發展內外墻保溫技術及節能材料則是建筑節能的主要實現方式。此次國家創新項目，我們將對內外兩種保溫形式建立模型，從傳熱性的角度進行理論對比分析。

2、研究背景及發展現狀：

人們生活質量大幅提升的社會，對結構物的要求已經不僅僅局限在穩定性上，對節約能源與保護環境的需求更為強烈，基于此，墻體內外保溫技術的合理改進極為重要。

3、理論分析過程：

3.1 內保溫和外保溫的優缺點比較：

經過一些考察和資料查閱，首先對內外保溫的優缺點進行一個簡單的對比。

（一）外保溫

優點：

1.“熱橋”指的是在內外墻交界處、構造柱、外墻與樓板、外墻角、框架梁、門窗洞口以及屋頂與外墻交界等部位，在室內外溫差的作用下，形成熱流相對密集、內表面溫度較低的區域。對于內保溫而言，大部分“熱橋”是不可以處理的。而外保溫結構中導熱系數相對低的保溫材料將建筑全面包覆起來，從而消除了“熱橋”。

2.正是由于外保溫材料的保護，蒸汽一般很難滲入主體結構墻體，從而使其不會發生冷凝現象，墻體的潮濕情況因此得到改善。同時，外保溫墻體蓄熱能力較大的結構層在保溫層內側，因此當室內受到不穩定熱作用時，墻體結構層可以吸收或釋放熱量，從而有利于保持室溫穩定。

3.外保溫材料可以提高墻體的防水功能和氣密性，同時緩沖了因溫度變化導致結構變形產生的應力，也避免了外界惡劣氣候條件對結構的破壞，起到保護主體結構延長了其使用壽命的作用。

缺點：

1.由于室外施工，受氣候條件影響大，所以需要搭設腳手架，施工難度大。

2.被隔熱體系被置于外墻外側的外保溫層，直接承受來自自然界的各種影響，比如刮大風時常常吹落保溫層，出現開裂空鼓等質量問題。因此，它對外保溫層的耐久性，材料和施工要求高，因此增加了建筑整體造價。

（二）內保溫

優點：

1.由于室內施工，受氣候影響小，而且內保溫材料被樓板所分隔，又僅在一個層高范圍內施工，所以不用搭設腳手架，對建筑外墻垂直度要求也不高，因而施工速度快、成本低。

2.同時，它對飾面和保溫材料的防水、耐候性等技術性指標的要求不高，取材方便。

缺點：

1.由于內保溫不能隔斷梁、橫墻與柱子在墻體中形成的熱橋，因而不可能杜絕由于熱橋存在而帶來的熱損失，保溫隔熱性能差。同時，由于熱橋保溫處理困難，易出現冷凝、結露現象。而結露水的浸漬或凍融極易造成保溫隔熱墻面發霉、開裂，使墻體變形，影響耐久性和舒適度。

（三）總體保溫隔熱性能方面比較：

外保溫墻體內部所受到的溫度應力要比內保溫小，因為當采用外保溫時，室外的熱流和冷氣被保溫材料都被攔截在室外，從而使得主體墻受室外空氣溫度的影響較小；而內保溫不能室外的熱流和冷氣被保溫材料攔截在室外而進入墻體內部，因而墻體所受溫度應力大，相應的保溫隔熱性能差，易于產生裂縫。在熱橋部位處理上，前已提及，外保溫能夠消除熱橋，而內保溫基本不能夠消除熱橋，這就大大降低了內保溫墻體的保溫隔熱性能。

可以看出，在保溫性能上，外保溫明顯高于內保溫，因此對于實驗結論可以有一個初步預測。但在墻外起始溫度不同的情況下，外保溫所增加的保溫熱量有多大。也就是說，在寒冷北方地區，溫度較溫和的地區，和南方夏季高溫地區，內保溫和外保溫差異究竟有多大，在什么溫度范圍內的內外保溫效果差別不大，不同材料又是否有什么變化，以下是遞進的分析過程。

3.2 保溫層起到的作用有多大：

在實驗的初期，首先用一面墻為例，分析保溫層的有無引起的熱量變化情況。我們選取起始溫度為25度，歷經24小時，看一面墻的溫度傳遞情況。

我們得到以下幾點

（1）有保溫層的熱量損失明顯低于沒有保溫層，可見保溫措施的重要性。

（2）有保溫層的模擬墻體在初期溫度變化緩慢，而當穿越保溫層后溫度變化加快 ；沒有保溫層的墻體在初期變化速度快，而后期內外溫差減小，變化速度相對緩慢。

3.3.1 外墻內外保溫在起始室外溫度不同情況下的保溫差異（同種材料下）

首先我們的基本參數設置為：以eps保溫板為保溫材料，起始室內溫度統一為恒量20度，歷時4小時。在此情況下，以零下10度為最低溫度，零上30度為最高溫度，測量了：-20，-10，0 ，10，15 ， 25， 30幾個室外溫度下內外保溫的墻體溫度變化（由于室內外同為20度時無法分析，所以跳過20度。）

以零度內外保溫差異熱量圖為例：

室外0度時候內保溫熱量變化

室外0度時候外保溫熱量變化

內保溫24小時內溫度變化

外保溫24小時內溫度變化

其他溫度時候截止溫度變化見表格：

室外溫度內保溫室內溫度外保溫室內溫度該溫度下內外保溫差值-20 7.183 18.428 11.245 -10 10.387 18.821 8.434 0 13.591 19.214 5.623 10 16.796 19.607 2.811 15 18.398 19.834 1.436 25 21.602 20.166 1.436 30 23.204 20.393 2.811

從表格中我們可以看出以下幾點

（1）和外墻內保溫相比，無論在何種溫度下，外墻外保溫的保溫隔熱性能都明顯高于外墻內保溫，而且室內外溫差越大，差異越明顯。

（2）在 零上10到零上30度，內外保溫差異已經縮小為少于三度。

（3）內保溫24小時內溫度變化為曲線，而外保溫區域斜率不變的直線（除起始部分）

3.3.2 外墻內外保溫的差異（不同種材料下對比）

目前市場上常用的保溫材料有等，不同的保溫材料具有不同的導熱系數，我們又以xps導熱系數為差異進行了是外-20度室內20度時候的情況，進行了如下對比。

Eps Xps內保溫 7.183 7.281外保溫 18.428 18.671

可以看出雖然差異不大，但是xps保溫性能稍好一些

4、結論

內保溫和外保溫各有其優缺點，所以在選擇保溫模式時候應該按照具體不同情況選擇不同保溫措施，因此我們給出如下的參考意見。

在不考慮氣候，濕度，施工難度等因素的影響下，單純的以保溫隔熱的效果來看我們建議采用外墻外保溫的保溫模式，因為它的包覆面大，保溫效果明顯。

但是介于上述分析過程中體現的外墻外保溫存在的一些弊端和施工難度，我們提議，在四季溫差不大，室內外溫差不大的氣候環境下，鼓勵提倡外墻內保溫的保溫措施，尤其是南方潮濕地區，保溫層容易受到腐蝕破壞，此時采用外墻內保溫模式是對保溫層的一種保護。此外，xps與eps保溫性能差異不大，因此可按建筑特性和材料特性選擇，而不必考慮保溫差異，此處不做研究。

1，《外墻的內、外保溫優劣》.何禹（中國新興建設開發總公司，北京 100143）

公式中的ΔCμ表示的為強度增加值，r表示填土重度，而K表示安全系數，另外Nc表示承載力相關影響要素。

在進行填筑時，盡量要一次鋪填碾壓之后，地基的強度增長可以滿足再次鋪填一層的能力，有效應用地基強度自身增長能力，實現迅速填筑的目的。此種方法能夠把超過極限填土高度相關填土進行科學分級，同時有效明確填土具體時間間隔，確保各層填土厚度和地基由固結從而形成的增長強度進行匹配，這樣就能夠防止分幾級加載，同時連續逐層把路堤填筑到設計標準高度，在一定程度上減小整體填筑時間，有效降低工后沉降。

（四）施工動態控制

其主要包含兩個方面，一方面是針對路基處理方法補充設計或者是調整，另外一方面是針對填土速率和各個階段填土高度完成設計，并且制定相關加載方案。首先選擇動態控制相應初始參數，依據地質資料與設計資料選擇動態控制需求的相應土工參數和設計參數。其次填土極限高度的計算，對填土極限高度進行計算，加強穩定性控制，通常選擇各種加載高度完成試算，其中加載穩定性的驗算應用的為有效應力方法，在進行計算時利用已知的安全系數，然后反算出極限高度，試算一直到滿足安全系數有關需求位置。在試算結束之后，這時獲取的加載高度就是極限高度。而穩定計算方式主要是有效固結應力方法，其主要利用條分方法完成計算[7］。最后，動態控制計算編制施工方案，明確第一級的填土高度，然后綜合分析施工具體狀況選擇相關加載高度當作第一級的加載高度，或是把施工具體加載流程當作第一級的加載高度，并且設定多種加載計劃，從滿足穩定性需求，同時計算沉降。

（五）處理主固結沉降

針對相對比較后厚的軟土層，通常發生的變形沉降是主固結造成的。而深厚層軟土地基發生主固結變形并非同步產生的，主要是慢慢發展的。由于深部軟土設置的排水距離比較長，且排水條件相對偏差，此種狀況下固結速率和固結度要比表層軟土低，因此對于深厚軟土地基而言，在軟基處理過程中，一定要利用超載預壓和增大排水設備深度等措施，有效防止發生主固結沉降。

結束語：

軟土地基在路基工后沉降主要因為路基填土壓密和行車造成基床下沉與軟土地基發生路基工后的沉降等問題。依據鐵路工程路基填筑標準，要求填土壓密下沉發生的工后沉降應該占據路堤高度0.2至0.3%，列車荷載發生基床下沉大致為1mm。因為鐵路工程沉降的限制數值相對偏小，所以工后沉降計算一定要精確，必須有效提升計算精度，并且綜合分析軟土條件，保證鐵路工程工后沉降可以滿足標準要求。

參考文獻：

[1］邢中立.塑料排水板處理高速公路軟土地基路堤分析[D］.西南交通大學，2011.

[2］彭湘林.真空聯合堆載預壓法處理軟基的影響深度與沉降預測[D］.吉林大學，2012.

[3］高穎.公路軟土地基施工及處理方法探析[J］.浙江建筑，2012，05：27-29.

[4］張磊.津秦客專路涵過渡段CFG樁網復合地基沉降變形及樁土應力特性研究[D］.北京交通大學，2013.

[5］沈科.區域地面沉降對（京滬）高速鐵路路基的影響及對策研究[D］.西南交通大學，2013.

[6］劉建.關于市政道路的軟基施工技術措施分析[J］.中華民居（下旬刊），2013，01：314-315.

[7］李小剛.填海造地道路地基處理工程中的軟基沉降監測及預測分析[D］.中南大學，2013.