寒冷地區混凝土裝配式建筑墻體熱工性能分析研究

韓廣成，周 紅（天津建科建筑節能環境檢測有限公司， 天津 300171）

裝配式建筑由于較傳統建筑具有節省能耗、設計安裝效率高、對環境友好等優點，因此得到了國家的大力支持和推廣[1]。與此同時，裝配式建筑其拼裝接茬部分無預制保溫，容易形成散熱熱橋，因此其墻體的熱工性能不能以傳統的一維無限大墻體假設計算，應綜合考慮熱橋的影響[2]。本文通過模擬軟件計算的方法，分析寒冷地區混凝土裝配式建筑墻體熱工性能特點。同時，針對裝配式建筑在安裝過程中容易忽略的建筑部位進行綜合分析，為裝配式建筑的施工和驗收工作提供參考。

1 計算原理

在裝配式居住建筑中，常見的熱橋部位大多成線性分布，如墻體結構中的構造柱、圈梁等[3]。從整體來看，這些建筑熱橋部位通常表現為溫度和熱流密度向一個方向變化遠大于另一個方向。因此，可以將此種熱橋看作是線性的，如此就可以用其垂直于某個平面（通常是多墻面）的斷面圖和其在該平面上的長度來描述這些熱橋部位。由此展開分析，可以進而掌握整個熱橋的熱工狀況[4]。

JGJ 26—2018《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》4.2 規定了圍護結構熱工設計的節能要求。其中， 4.2.3 指出：“外墻的傳熱系數是指考慮了熱橋影響后計算得到的平均傳熱系數。平均傳熱系數的計算應符合現行國家標準 GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》的規定。”

一個單元墻體的平均傳熱系數可按式（1）計算。

外墻面典型結構性熱橋如圖 1 所示。

圖 1 外墻面典型結構性熱橋示意圖

線傳熱系數計算公式如式（2）所示。

式中：Ψ—熱橋線傳熱系數，W/(m2·K)；

2 計算結果及分析

2.1 混凝土裝配式建筑外墻熱工參數

本文以天津市某裝配式居住建筑為研究對象。該建筑采用裝配式鋼架結構，為地上 18 F 住宅樓，無地下層。首層配電間層高 3.2 m，地上住宅各層層高均為 2.9 m。該混凝土裝配式建筑外墻自室外向室內的層次分別為外墻板 50 mm 厚鋼筋混凝土、帶表皮擠塑聚苯板和內墻板 200 mm 厚鋼筋混凝土。混凝土裝配式建筑外墻熱工參數如表1 所示。

表1 混凝土裝配式建筑外墻熱工參數

2.2 溫度計算參數確定

天津市冬季供暖室外設計計算溫度 te=﹣7.0 ℃。天津市冬季室外熱工計算溫度如表2 所示。依據 GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》，天津市冬季室外熱工計算溫度應根據不同圍護結構的熱惰性指標，按表2 取值。

表2 天津市冬季室外熱工計算溫度

2.3 外墻面典型熱橋線傳熱系數計算

利用某建科院線傳熱系數計算軟件 Ptemp 構造墻體結構。將各項參數代入，計算出外墻熱橋各部分的線傳熱系數，外窗和墻角的溫度分布和計算結果如圖 2 和圖 3 所示。

圖 2 外窗側口 W—WL(W—WR)

圖 3 墻角 W—C

根據計算結果可以得出在裝配式建筑的各種熱橋結構中線傳熱系數由大到小依次為擱板、內隔墻、樓板 、墻角、女兒墻、外窗。因此，為保證建筑節能效果，應在線傳熱系數大的結構部位加強保溫做法，同時在驗收過程中重點核查相關部位施工質量。

2.4 不同朝向墻體綜合傳熱系數計算與修正

求得各典型熱橋結構的線傳熱系數后，其綜合傳熱系數計算如（3）所示。同時根據 JGJ 26—2018《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》附錄 B，混凝土裝配式建筑外墻的平均傳熱系數也可按下式（3）計算。

式中：φq—混凝土裝配式建筑外墻主斷面傳熱系數的修正系數。

該建筑外墻的結構性熱橋傳熱系數、平均傳熱系數和傳熱系數修正系數的計算結果如表3、表4 所示。

表3 混凝土裝配式 80 mm 厚擠塑聚苯板建筑外墻平均傳熱系數計算結果(標準層)

表4 混凝土裝配式 80 mm 厚擠塑聚苯板建筑外墻平均傳熱系數計算結果(頂層)

由表3、表4 可知，對裝配式居住建筑綜合傳熱系數影響的程度由大到小為內隔墻、樓板、外墻角、外窗、屋頂。各熱橋傳熱系數與綜合傳熱的比值如圖 4 所示。

圖 1 試驗房及參比房內外墻溫度

圖 4 各熱橋傳熱系數與綜合傳熱的比值

3 結 語

（1）裝配式建筑的構造中，擱板、內隔墻、樓板和墻角的線傳熱系數較大，而且熱橋的存在增大了建筑物的耗熱量。因此，在設計及施工階段應充分考慮，采取合理的保溫措施降低其不利影響。

（2）裝配式建筑外墻綜合傳熱系數的修正系數均在 1.2 以上。因此，在進行建筑熱工性能檢測時，應在常規測量的基礎上，通過相關計算軟件分析結構性熱橋產生的修正系數，以保證測量結果的準確性。