建筑材料性質(zhì)對節(jié)點傳熱系數(shù)的影響
——鋁合金型材空腔填充聚氨酯泡沫

季春波

（大連固瑞聚氨酯股份有限公司 遼寧大連 116000）

0 前言

隨著我國城市進(jìn)程的加快和建筑理念的轉(zhuǎn)變，施工企業(yè)在施工材料選擇、施工方案制定的過程中，除了采取必要措施把控項目建筑質(zhì)量之外，還需要從綠色節(jié)能層面出發(fā)，做好建筑材料的選擇和應(yīng)用工作。以建筑門窗為例，其作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成，在建筑熱量交換、傳導(dǎo)方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)來看，門窗整體能耗為建筑墻體的5～6倍，熱量損失占整個建筑物熱量損失的40%左右。為控制能量損耗，建筑企業(yè)在門窗施工環(huán)節(jié)，將鋁合金型門窗與聚氨酯泡沫結(jié)合起來，通過在鋁合金型材中填充一定量的聚氨酯泡沫來改變其節(jié)點傳熱系數(shù)，從而改變建筑物內(nèi)整體的熱量傳導(dǎo)方式，在降低能耗的同時，營造出舒適的居住環(huán)境。

1 聚氨酯泡沫性能分析

聚氨酯泡沫以異氰酸酯和聚醚作為主要原料，通過發(fā)泡劑、阻燃劑、催化劑的共同作用，形成性狀穩(wěn)定的高分子聚合物。作為一種成熟建筑材料，聚氨酯泡沫在實踐環(huán)節(jié)，表現(xiàn)出極好的保溫性與防水性，根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)來看，聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)較低，導(dǎo)熱系數(shù)在0.00223～0.0333W/（m·K）之間，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為擠塑板的一半，是目前導(dǎo)熱系數(shù)最低的建筑材料，因此被廣泛應(yīng)用于建筑外墻保溫層、管道保溫層之中，并取得了較好的實踐效果。從過往實踐經(jīng)驗來看，施工人員通過將穿條發(fā)泡型材空腔內(nèi)注入聚氨酯發(fā)泡膠。聚氨酯發(fā)泡膠的使用，將穿條型材腔體內(nèi)注入聚氨酯發(fā)泡材料，阻止穿條腔內(nèi)產(chǎn)生對流現(xiàn)象，從而使隔熱效果更好，并增加了鋁型材的連接強(qiáng)度。

2 鋁合金型材空腔填充聚氨酯泡沫對其節(jié)點傳熱系數(shù)的影響分析

2.1 研究條件的設(shè)定

在鋁合金型材空腔填充聚氨酯泡沫對節(jié)點傳熱系數(shù)的影響分析環(huán)節(jié)，為保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，把握二者之間的相互關(guān)系，需要研究人員創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的研究條件，將整個研究放置于某一場景下，從而提升研究結(jié)果的準(zhǔn)確性以及實踐意義。具體來看，選擇導(dǎo)熱系數(shù)為0.033W/（m·K）的板材來替代建筑門窗使用的玻璃，板材的厚度與玻璃的厚度一致，以此為基礎(chǔ)，設(shè)定研究相關(guān)研究條件，如表1所示。

表1 不同實驗材料及其導(dǎo)熱系數(shù)參考值

2.2 模擬試驗

在整個模擬試驗過程中，為了保證試驗研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地反映出聚氨酯泡沫對于鋁合金型材節(jié)點傳熱系數(shù)的影響，研究人員需要依據(jù)研究條件，設(shè)置不同的模擬試驗，并對試驗對象在相同試驗條件下，不同的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、對比以及分析，通過這種方式，為后續(xù)建筑材料優(yōu)化使用以及建筑能耗的控制提供了技術(shù)參考[3]。為增加模擬試驗數(shù)據(jù)的實用性，研究人員可以選擇現(xiàn)階段較為常見，使用頻率較高的鋁合金型材作為研究對象，鋁合金型材的節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鋁合金型材的節(jié)點結(jié)構(gòu)

在完成節(jié)點結(jié)構(gòu)設(shè)置之后，研究人員插入22mm厚度的玻璃，將長度為L的隔熱條安裝在相應(yīng)位置，其中鋁合金型材節(jié)點厚度D在模擬分析環(huán)節(jié)，可以設(shè)置不同的厚度進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬以及分析，將整個研究節(jié)點框架作為后續(xù)模擬研究的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，開展必要的模擬工作。例如鋁合金型材空腔內(nèi)分別填入聚氨酯泡沫，聚乙烯海綿、框密封膠條等材料，其中研究人員根據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范以及建筑標(biāo)準(zhǔn)，將聚氨酯泡沫填充到空腔之中；聚乙烯海綿的高度控制在9mm，與鋁合金型材內(nèi)腔壁的距離保持在2mm；研究人員使用框密封膠條對鋁合金型材進(jìn)行密封處理。

2.3數(shù)據(jù)分析

在完成上述試驗?zāi)M之后，為更好地判定聚氨酯泡沫、聚乙烯海綿、框密封膠條對于鋁合金型材節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)的影響差異，研究人員需要借助于Therm軟件，對模擬試驗中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確判定鋁合金型材節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)，在不同場景的差異。在模擬試驗環(huán)節(jié)，鋁合金型材節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)的變化情況如表2所示。

表2 不同填充條件下鋁合金型材節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)變化情況

借助于軟件模擬分析，可以發(fā)現(xiàn)由于聚氨酯泡沫的填充作用，鋁合金型材節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)明顯要低于其他兩種填充物質(zhì)，并且隨著隔熱條長度的增加，節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值越低，節(jié)能效果越明顯。

3 結(jié)語

為準(zhǔn)確分析鋁合金型材空腔填充后聚氨酯泡沫對其節(jié)點傳熱系數(shù)的影響，在研究過程中，通過分析聚氨酯泡沫的材料特性，對不同條件下，鋁合金型材空間填充聚氨酯泡沫后期節(jié)點導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行分析評估，通過這種方式，準(zhǔn)確把握導(dǎo)熱節(jié)點系數(shù)與聚氨酯泡沫之間的關(guān)系，為后續(xù)建筑方案的制定、優(yōu)化提供了必要參考，增強(qiáng)了施工方案的針對性與指向性，提升了建筑項目的節(jié)能屬性。