保溫墻體結構選擇

張春芳（大慶油田工程有限公司）

我國建筑用能消耗大，增長快，能源浪費嚴重。在JGJ26—1995《民用建筑節能設計標準》中要求新建建筑全面嚴格執行50%節能標準，4個直轄市和北方嚴寒、寒冷地區實施新建建筑節能65%的標準，并推進新型墻體材料和節能建材產業化[1]。保溫墻體的應用成了解決當務之急的主導方法，其形式基本分為外保溫結構、夾心保溫結構和內保溫結構。

1 墻體結構組成及參數

共比較8種墻體性能，考慮因素包括墻體厚度、保溫結構和保溫材料。8種墻體的結構參數見表1。

2 墻體熱工性能分析

2.1 墻體熱流密度

圖1 不同墻體結構熱流密度值

計算得到的熱流密度[2]見圖1。單一墻體熱流密度遠大于復合墻體熱流密度，不利于墻體保溫。當基層墻體材料改變時，熱流密度有所降低，此時熱流密度仍然很大，需要加保溫層。只加50 mm聚苯板時，熱流密度已降低過半。5號墻體因其保溫層厚度較大，其熱流密度最小。6號墻體采用混凝土砌塊作為基層墻體，與4號墻體相比，熱流密度增加了近10 W/m2。而7號墻體較3號、4號墻體厚度增加130 mm，但熱流密度只減少了2.8 W/m2。在8號墻體中加入空氣層，使得墻體熱流密度降低加速。加10 mm空氣層，相當于20 mm聚苯板的保溫效果。熱流密度可以作為選擇墻體的一個依據。在墻體選擇上，雖然5號墻體與8號墻體傳熱量相近，但5號墻體加厚保溫層，使造價增加，優選8號加空氣層的保溫墻體。

表1 8種墻體結構參數

2.2 室內墻體結露

根據GB50176—2016《民用建筑熱工設計規范》[3]，在確定室內空氣露點溫度時，居住建筑和公共建筑室內相對濕度均按60%采用。室內溫度一定時，濕度越大，露點越高；室內濕度一定時，室內溫度越高，露點也越高。文中取濕度為60%，室內溫度為18℃。查得的露點溫度見表2。

2號、4號、6號墻體的內壁溫度計算結果見表2。2號墻體在室內溫度為18℃時，內壁溫度為9.8℃。同時，2號墻體在室內溫度高于18℃時，墻體的內壁溫度小于露點溫度，出現結露，只適用于室內溫度小于18℃的情況。對于4號墻體和6號墻體，在240 mm墻體上進行保溫設計，雖然基層墻體的厚度有所減少，但內壁溫度均高于露點溫度，既能滿足人體對濕度的要求，又能滿足對熱量的要求。

3 保溫結構及材料

3.1 結構選擇

3種保溫結構中，夾心保溫墻體的抗震性能不好，使用不廣泛[4]。對于3號、4號墻體，它們的熱流密度雖然相等，但在選擇上有差別。聚苯板內、外保溫墻體的結構及其溫度變化見圖2[5]。隨溫度變化，水蒸氣飽和壓力也在變化，水的飽和蒸汽壓和蒸汽壓見圖3。

1）對于3號內保溫墻體，如圖3（a）所示，基層墻體主體部分處于室外一側，其溫度接近于室外溫度，內保溫層內表面蓄熱系數小，水蒸氣壓超出結露的飽和壓力處在保溫層及其以外的墻體而產生結露。因空氣流通較差，水分在整個采暖期可能保留在保溫層中，引起保溫層失效，發生霉變、變形；主體結構部分溫度較低，貯留的水分很難被蒸發，因凍融會造成墻體結構的破壞。

2）對于4號外保溫墻體，如圖3（b）所示，主體結構部分處于室內一側，內表面蓄熱系數大，整個主體結構為暖體。通過主體與保溫層的水蒸氣壓均小于會結露的飽和蒸汽壓，因此保溫墻體不產生結露。室溫變化緩慢，室內溫度穩定，居住較為舒適。從結露角度看，外保溫墻體要優于內保溫墻體。

圖2 3號、4號墻體結構及溫度變化

圖3 3號、4號墻體的水蒸氣壓示意圖

此外，外保溫墻體與內保溫墻體相比還可以節約保溫材料的用量。北京、沈陽、哈爾濱、蘭州四地外保溫建筑所使用的保溫材料分別節省44%、48%、58%、45%。由于保溫材料貼在墻體的外側，其保溫、隔熱效果優于內保溫和夾心保溫，可使主體結構墻體減薄，從而增加使用面積。當主體結構為磚墻時，每戶使用面積分別增加1.2、2.4、4.2、1.3 m2；當主體墻為混凝土空心砌塊時，每戶使用面積分別可增加1.6、2.5、4.6、1.7 m2。

3.2 材料選擇

在材料選擇上，要綜合考慮導熱系數、施工工藝、造價及技術等。聚苯板是工業化生產的產品，質量容易保證，保溫性能穩定。膠粉顆粒保溫性能受施工質量、防水性能影響很大。膠粉顆粒上墻密度難以控制，對保溫性能影響很大。0.060的導熱系數是膠粉顆粒干密度為180～250 kg/m3時的導熱系數，實際施工時是難以達到的，密度增大將導致導熱系數增大。但膠粉聚苯顆粒的熱穩定性能好；軟化系數小；黏結力強，結構性能好；材料穩定，抗沖擊性能較佳。膠粉聚苯顆粒保溫漿料與聚苯板保溫相比，每平方米要節約25元左右。膠粉聚苯顆粒外墻外保溫技術適合我國國情和氣候特點，作為新型保溫材料應該廣泛使用。

在選擇保溫效果要求嚴格的墻體時，若對墻體厚度有要求，優選加空氣層保溫墻體；保溫傳熱量要求相同時，優選外保溫墻體；因膠粉聚苯顆粒保溫技術還不夠成熟，多采用聚苯板保溫材料。

4 結論

以民用建筑節能設計為目的，對不同墻體結構參數及墻體材料的選擇進行了對比分析。從墻體保溫性能及經濟性考慮，宜選擇8號墻體；從避免墻體結露考慮，4號及6號墻體均可滿足要求；在墻體材料的選擇上，新型保溫材料膠粉聚苯顆粒性價比較高，具有一定的推廣應用前景。

[1]何水清，朱興連.復合墻體夏季非穩態傳熱的熱工計算[J].新型建筑材料，2002（12）：27-29.

[2]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].3版.北京：高等教育出版社，1998：3-44.

[3]楊善勤，蔣明，陳啟高，等.民用建筑熱工設計規范：GB 50176—2016[S].北京：中國建筑工業出版社，2016：6-25.

[4]張京街，吳瑩，劉艷萌.建筑外墻外保溫系統應用探討[J].重慶建筑，2007（1）：8-10.

[5]黃振利.外墻保溫應用技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2005：25-60.