混凝土邊框率對結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板熱工性能影響的試驗(yàn)研究

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板；預(yù)制混凝土復(fù)合夾心墻板；混凝土邊框率；熱工性能；熱箱試驗(yàn)

中圖分類號：TU252.59；TU317.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著國家經(jīng)濟(jì)和建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，截止到2020年，建筑行業(yè)總能耗和碳排放占全國總能耗和碳排放的比重分別達(dá)到了45.5%和50.9%，其中，建筑運(yùn)行階段能耗和碳排放占全國總能耗和碳排放的比重分別達(dá)到了21.3%和21.7% ［1］.在國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的時代背景下，建筑節(jié)能刻不容緩.作為建筑與外界環(huán)境之間的分界，提升建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能將直接提高建筑的節(jié)能水平［2-3］.作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，建筑外圍護(hù)墻體的熱工性能是建筑節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵［4］.現(xiàn)有的墻體保溫形式有內(nèi)保溫、外保溫和夾心保溫，相比于內(nèi)保溫和外保溫，由內(nèi)外葉混凝土板和集成于中間的保溫板，通過連接件連接于一體的預(yù)制混凝土夾心保溫墻板，可以實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制和結(jié)構(gòu)保溫一體化、同壽命，并且能避免保溫層垮塌事故，具有明顯優(yōu)勢.

本研究團(tuán)隊(duì)提出了一種保溫和結(jié)構(gòu)功能一體化的螺栓連接預(yù)制混凝土復(fù)合夾心墻板［5］（圖1），內(nèi)外葉墻板由連接件與混凝土實(shí)心邊框連接在一起，實(shí)現(xiàn)復(fù)合作用，共同承擔(dān)豎向荷載和水平荷載.實(shí)心邊框同時也作為螺栓連接區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)墻板與基礎(chǔ)、墻板與墻板、墻板與樓板之間的全干式連接.此外，墻板外立面結(jié)合石材反打工藝可在工廠預(yù)制時實(shí)現(xiàn)各種立面造型和裝飾裝修，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)-保溫-裝飾一體化，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景.但是，實(shí)心混凝土邊框和內(nèi)部連接件形成熱橋，會對墻板的熱工性能產(chǎn)生不利的影響.

在早期夾心保溫墻板的工程實(shí)踐中，為了保證墻板的力學(xué)性能，采用混凝土連接件（混凝土肋和實(shí)心混凝土區(qū)域）實(shí)現(xiàn)內(nèi)外葉混凝土板之間的連接.混凝土連接件形成的熱橋面積大，對墻板熱工性能產(chǎn)生顯著不利影響.有關(guān)學(xué)者的研究表明，采用實(shí)心混凝土區(qū)域作為連接件，墻板熱阻值降低45%［6］.為了減小熱橋占比，引入了金屬連接件代替混凝土連接件，以提升墻板的熱工性能［7］.隨后，國內(nèi)外學(xué)者研究了金屬連接件類型（離散式［8-10］和連續(xù)式［11-12］）和形狀［13］對墻板熱工性能的影響，提出了考慮金屬連接件熱橋效應(yīng)影響的墻板熱阻值計算方法［9-11］.研究結(jié)果表明，金屬連接件的熱橋效應(yīng)對墻板熱工性能的影響依舊顯著.為進(jìn)一步提升夾心保溫墻板的熱工性能，一部分學(xué)者引入導(dǎo)熱系數(shù)更低的FRP材料作為夾心保溫墻板的連接件，較大程度上改善了墻板的熱工性能［14-17］；一部分學(xué)者對傳統(tǒng)金屬連接件加以改進(jìn)，研制了新型復(fù)合連接件［18-19］，也對墻板熱工性能起到了較大的改善作用；還有學(xué)者通過改進(jìn)夾心墻板構(gòu)造，延長熱量在墻板內(nèi)部熱橋（連接件）的傳遞路徑［20-22］、引進(jìn)新的混凝土材料［23-24］和導(dǎo)熱系數(shù)更低的真空保溫板［25-26］來提升墻板的熱工性能，同樣取得了較好的效果.此外，還有學(xué)者研究了連接件與保溫板之間形成的空腔對墻板熱工性能的影響，結(jié)果表明，相比于連接件（傳熱系數(shù)增大8%），空腔（傳熱系數(shù)增大19%～56%）的存在對墻板傳熱系數(shù)的增大作用更加顯著［27］.也有學(xué)者結(jié)合夾心保溫墻板設(shè)計方法與實(shí)際工程應(yīng)用，從材料、構(gòu)造設(shè)計等方面提出了優(yōu)化設(shè)計的建議［28］.

綜上，目前關(guān)于夾心保溫墻板熱工性能的研究多針對墻板內(nèi)部有限種類的連接件［29］，而對于本文研究的新型結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板，實(shí)心混凝土邊框的熱橋效應(yīng)比墻板內(nèi)部分散的連接件更顯著，直接決定了墻板的熱工性能.因而，確定邊框率對墻板熱工性能的定量影響，對于墻板的構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化和實(shí)際工程應(yīng)用具有重要指導(dǎo)性作用.目前有學(xué)者研究了上下混凝土封邊對墻板熱工性能的影響［30］，但僅是定性分析，四周混凝土邊框率對墻板熱工性能的定量影響尚不明確.因此，本文采用標(biāo)定熱箱試驗(yàn)，對6個具有不同邊框率試件的熱工性能進(jìn)行測試，定性和定量地分析實(shí)心混凝土邊框占墻板總面積的比例（即邊框率）對墻板熱阻值的影響，以指導(dǎo)新型墻板的構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化和實(shí)際工程應(yīng)用.

1 試驗(yàn)方案與測試

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用LBTF-1212型穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)檢測設(shè)備，該設(shè)備依據(jù)規(guī)范《絕熱 穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)的測定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》（GB/T 13475—2008）［31］的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，原理為防護(hù)熱箱法.如圖2所示，試驗(yàn)設(shè)備由冷箱、計量箱、防護(hù)箱、試件框和控制系統(tǒng)組成.設(shè)備可以控制計量箱、防護(hù)箱和冷箱處于設(shè)定的恒定溫度，通過自帶的測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時顯示冷箱溫度、計量箱溫度、加熱功率、試件冷熱表面平均溫度和計量箱壁內(nèi)外表面平均溫度，并10 min記錄一次數(shù)據(jù).

1.2 試驗(yàn)方法

為了獲得結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板的熱工性能指標(biāo)，采用標(biāo)定熱箱法對墻板試件進(jìn)行測試.標(biāo)定熱箱法的原理如圖3所示，通過計量箱和冷箱，讓墻板試件處于人為設(shè)置的恒定溫差環(huán)境，在試件熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，可以測定通過試件的熱流量、試件表面平均溫度、冷箱溫度、計量箱溫度和試件計量面積，按照式（1）、式（2）計算墻板熱阻和傳熱阻［31］：

如圖3所示，由于試驗(yàn)過程中存在熱量損失（圖3中Q₁和Q₂），計量箱加熱器產(chǎn)生的熱量并非全部通過試件傳遞到冷箱，需要通過對已知熱阻的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行相同條件下的標(biāo)定試驗(yàn)，獲得試驗(yàn)過程中的熱量損失，對計量箱的加熱功率進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后計量箱的加熱功率即為通過墻板的熱流量，即：

式中：Q₀為穩(wěn)態(tài)時計量箱加熱功率，W；Q_s為穩(wěn)態(tài)時的熱量損失，W.

1.3 試件設(shè)計

為研究混凝土邊框?qū)Π鍩峁ば阅艿挠绊懀紤]到實(shí)際墻板的邊框率（實(shí)際應(yīng)用中墻板寬度為0.9～4.2 m，高度為3m，邊框?qū)挾葹?00～300 mm，邊框率為21.59%～73.33%）和設(shè)備計量尺寸的限制（1200mm×1200 mm），設(shè)計了6組不同邊框率的墻板試件，各墻板試件的設(shè)計參數(shù)如表1所示，其中邊框率定義為K=A_k（/ A_k+A_b），A_k和A_b分別表示混凝土邊框面積和保溫板面積；a為邊框?qū)挾?試件設(shè)計圖如圖4所示，試件混凝土的強(qiáng)度等級為C30，內(nèi)外葉混凝土板內(nèi)布置C8@220雙向分布鋼筋網(wǎng).為了方便試件的脫模和吊裝運(yùn)輸，在距離墻板試件邊緣250 mm左右的位置設(shè)置4個吊點(diǎn)，吊點(diǎn)采用直徑為6 mm的鋼絲繩.組成試件的各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)值見表2.

1.4 試件制作與安裝

試件在預(yù)制構(gòu)件廠制作，加工工藝為：支模→放置并固定設(shè)置好吊點(diǎn)的內(nèi)葉鋼筋網(wǎng)片→鋪設(shè)XPS溫板并用吊點(diǎn)定位→澆筑邊框混凝土→澆筑內(nèi)板混凝土→放置并固定外葉板鋼筋網(wǎng)→澆筑外板混凝土→混凝土終凝后脫模養(yǎng)護(hù).

在試驗(yàn)開始前，將養(yǎng)護(hù)好的試件安裝在試件框之內(nèi). 如圖5 所示，將試件放在設(shè)定好高度的木方上，使得試件剛好位于試件框的中心位置.在木方表面均勻涂抹一層環(huán)氧樹脂，避免試驗(yàn)過程中木方含水率變化對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響.在試件框與試件之間采用聚氨酯保溫材料制作200 mm厚保溫邊框作為遮蔽板，聚氨酯材料實(shí)測導(dǎo)熱系數(shù)為0.026 W（/ m?K），遠(yuǎn)小于墻板混凝土材料［導(dǎo)熱系數(shù)為1.84 W（/ m?K）］，可以保證測試時熱量沿試件厚度方向一維傳遞.聚氨酯保溫板與試件框之間用密封膠緊密并牢固黏結(jié)，保證保溫板邊框與試件框之間的氣密性.采用聚氨酯發(fā)泡膠填充試件與聚氨酯保溫板邊框之間的空隙，并在發(fā)泡膠表面均勻涂一層密封膠，防止聚氨酯發(fā)泡膠內(nèi)部貫通孔隙對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響.

1.5 測點(diǎn)布置

墻板試件為熱傳導(dǎo)不均質(zhì)試件，需要沿其溫度變化區(qū)域均勻設(shè)置測點(diǎn)［31］，以得到試件表面平均溫度.考慮到試件的對稱性，只在試件一側(cè)的中線和上下對角線處均勻布置測點(diǎn)（圖6藍(lán)色實(shí)心圓點(diǎn)和紅色空心圓點(diǎn)）.此外，還在試件內(nèi)部保溫板兩側(cè)表面沿一側(cè)中線均勻布置了4個溫度測點(diǎn)（圖6紅色空心圓點(diǎn)），以得到試件沿厚度方向的溫度分布.

溫度傳感器采用滿足規(guī)范《絕熱 穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定 標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》（GB/T 13475—2008）［31］的T型熱電偶線，并按照圖6所示的測點(diǎn)布置，在安裝好的試件表面粘貼溫度測點(diǎn).測點(diǎn)粘貼時，在每個熱電偶探頭表面覆蓋尺寸為10 mm×10 mm、厚度為4mm的保溫泡沫，使用透明膠帶進(jìn)行粘貼，避免溫度測點(diǎn)直接接觸環(huán)境溫度，確保熱電偶測得的溫度值為測點(diǎn)處試件表面溫度，同時不會對試件的熱傳遞性質(zhì)產(chǎn)生干擾，保證溫度測點(diǎn)測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠.

1.6 標(biāo)定試驗(yàn)

為了得到試驗(yàn)過程中的熱量損失Q_s，采用與試件尺寸（950 mm×950 mm×200 mm）相同的聚氨酯保溫板試件進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定試驗(yàn)試件及測點(diǎn)設(shè)置如圖7所示.除了在標(biāo)定試驗(yàn)試件表面布置溫度測點(diǎn)外，還在試件一側(cè)表面均勻布置了5個熱流計，測量熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)時通過標(biāo)定試件的熱流值qi.將5個熱流計測量的熱流值進(jìn)行所涵蓋面積的加權(quán)平均，得平均熱流值q，則熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)時試驗(yàn)過程中的熱量損失Q_s可由式（4）計算：

式中：Q_0，b 為標(biāo)定試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時計量箱的加熱功率，W；A 為試件面積，m².

1.7 試驗(yàn)測試

將安裝好試件的試件框放置于設(shè)備的熱箱和冷箱之間，將計量箱、防護(hù)箱和冷箱與試件框通過手閘緊密連接在一起，以保證試驗(yàn)過程中裝置的氣密性.完成熱電偶線、熱流計與采集儀之間的接線后，啟動設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn).每個試件測試時長持續(xù)3.5 d，以測試試件穩(wěn)態(tài)時的熱工性能指標(biāo).在整個試驗(yàn)過程中，設(shè)備的計量箱和冷箱溫度分別設(shè)置為35 ℃和-20 ℃，

設(shè)備每10 min記錄一次熱室空氣溫度T_in、冷室空氣溫度T_out和計量箱加熱功率Q₀，采集儀每2min記錄一次試件表面測點(diǎn)溫度值和熱流值（標(biāo)定試驗(yàn)）.

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試件溫度響應(yīng)

2.1.1 試件表面溫度響應(yīng)

根據(jù)墻板表面各溫度測點(diǎn)的溫度值，去除異常測點(diǎn)的溫度值，取剩余測點(diǎn)溫度的面積加權(quán)平均溫度值作為各試件表面平均溫度值，得到各個試件前5000 min表面溫度變化時程曲線，如圖8所示.圖中熱室溫度和冷室溫度為設(shè)備設(shè)置溫度，分別是35 ℃和-20 ℃.由于設(shè)備冷箱持續(xù)工作時間較長時會出現(xiàn)波動［見圖8（a）和8（d）］，故取試件熱側(cè)表面平均溫度變化作為試件熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn).當(dāng)試件熱側(cè)表面平均溫度接近各試件試驗(yàn)結(jié)束前24 h內(nèi)的平均溫度，且熱側(cè)表面平均溫度不再沿一個方向變化時便認(rèn)為試件熱傳遞已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，并在圖8中標(biāo)示出各個試件達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間點(diǎn).

圖8（a）為1#試件的溫度響應(yīng)，1#試件無邊框，其溫度響應(yīng)與傳統(tǒng)夾心保溫墻板基本一致：試件熱側(cè)表面和冷側(cè)表面平均溫度分別隨著熱室溫度的升高而升高和冷室溫度的降低而降低，試件表面平均溫度變化滯后于環(huán)境溫度變化，在熱室和冷室溫度達(dá)到恒溫一段時間后，試件表面溫度趨近于恒定，試件熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài).圖8（b）～（f）給出不同邊框率結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板試件的表面平均溫度時程曲線， 可以看出，熱側(cè)表面溫度響應(yīng)的特征為：隨著熱室溫度升高至設(shè)定溫度，墻板試件的熱側(cè)表面平均溫度表現(xiàn)為先升高，后降低，最后趨于穩(wěn)定.這一現(xiàn)象是試件實(shí)心混凝土邊框蓄熱與熱傳導(dǎo)共同作用的結(jié)果：在熱傳遞初始階段，墻板處于蓄熱過程，此時墻板試件熱側(cè)溫差只是初始溫度（20 ℃左右）與熱室空氣溫度之間的差值，溫度梯度較小，試件表面溫度會隨著熱室溫度的升高而快速升高.而隨著熱傳遞的持續(xù)進(jìn)行，墻板冷側(cè)部分溫度在不斷降低，試件內(nèi)部的溫度梯度在不斷提升，由于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于保溫板，在實(shí)心混凝土邊框處發(fā)生劇烈的熱傳導(dǎo)，大量熱量從實(shí)心混凝土邊框處進(jìn)行傳遞，墻板蓄熱速率小于熱傳導(dǎo)速率，試件熱側(cè)表面溫度開始降低，直至試件熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)，試件熱側(cè)表面溫度趨于恒定.

此外，將圖8（b）～（f）與8（a）對比可知，實(shí)心混凝土邊框的加入，推遲了墻板試件達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間（1#～6#墻板達(dá)到穩(wěn)態(tài)時間分別為1010 min、1310 min、1470 min、1562 min、1440 min 和1 890 min），并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間隨著邊框率的增大而延長，這一現(xiàn)象是實(shí)心混凝土邊框蓄熱過程導(dǎo)致的結(jié)果.達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間延長，說明帶邊框的墻板具有更好的熱惰性，其儲存熱量的能力優(yōu)于傳統(tǒng)夾心保溫墻板，可應(yīng)用于對熱惰性指標(biāo)有要求的地區(qū).

2.1.2 穩(wěn)態(tài)時試件表面溫度分布

由圖8 可知，當(dāng)測試持續(xù)1.5 d（2 000 min）時，各墻板試件熱傳遞均達(dá)到穩(wěn)態(tài)，在測試最后2 d內(nèi)，各試件熱傳遞均處于穩(wěn)態(tài).為了避免數(shù)據(jù)波動對試驗(yàn)結(jié)果的影響，取試驗(yàn)測試最后24 h內(nèi)記錄的溫度平均值作為試件達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的溫度值.由穩(wěn)態(tài)時試件表面各溫度測點(diǎn)溫度值繪制穩(wěn)態(tài)時各試件表面溫度分布曲線，并對測點(diǎn)距試件中心的距離做了歸一化處理，得到穩(wěn)態(tài)時各試件熱側(cè)表面和冷側(cè)表面溫度沿中線、對角線分布曲線如圖9和圖10所示.圖中試件對角線處測點(diǎn)溫度值取上下對角線對應(yīng)測點(diǎn)溫度的平均值，避免計量箱內(nèi)上下溫度分布不均對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響.圖中還標(biāo)示出溫度值異常的測點(diǎn)，這些歧義點(diǎn)未參與計算試件表面平均溫度.這些歧義點(diǎn)出現(xiàn)在試件邊緣，這是在試件邊緣處膠帶與接縫處涂抹的密封膠粘合性較差，測點(diǎn)表面保溫泡沫未與測點(diǎn)緊密貼合，測點(diǎn)處溫度熱電偶探頭接觸環(huán)境空氣導(dǎo)致的，這也從側(cè)面說明了在試件表面溫度測點(diǎn)處設(shè)置防止傳感器探頭和環(huán)境空氣直接接觸措施的必要性.對比圖9和圖10的（b）～（f）與（a）可知，實(shí)心混凝土邊框形成熱橋，會對墻板試件表面溫度分布產(chǎn)生嚴(yán)重的影響.試件熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，在實(shí)心混凝土邊框熱橋的影響下，試件熱側(cè)表面中線處溫度隨著距試件中心距離的增大而降低，試件冷側(cè)表面中線處溫度隨著距試件中心距離的增大而升高，并且隨著邊框率的提升，這種現(xiàn)象更加明顯.試件表面對角線處溫度隨著距試件中心距離的不同也出現(xiàn)了與中線相同的特征，且在測點(diǎn)距離試件中心距比值較小（小于0.3）時，試件表面中線溫度與對角線溫度值大致相同，但是隨著測點(diǎn)距離試件中心距比值的增大，由于對角線處溫度測點(diǎn)受到兩側(cè)熱橋的影響，在距離試件中心距比值相同時，試件熱側(cè)（冷側(cè)）表面對角線溫度低于（高于）中線溫度.如圖9（或圖10）（d）～（f）所示，當(dāng)試件邊框率較大時，在靠近試件邊緣處，由于試件表面溫度僅受實(shí)心混凝土邊框影響，試件熱側(cè)（或冷測）表面對角線溫度和中線溫度又趨于相同.此外，觀察圖9和圖10中各試件表面沿對角線溫度分布，吊點(diǎn)作為熱橋，除了在個別試件［9（a）、10（a）和10（b）］吊點(diǎn)位置處觀察到了輕微的溫度變化，其他試件靠近吊點(diǎn)位置的溫度測點(diǎn)并沒有出現(xiàn)明顯的溫度變化，說明吊點(diǎn)熱橋的影響遠(yuǎn)小于實(shí)心混凝土邊框熱橋的影響.

2.1.3 穩(wěn)態(tài)時試件沿厚度溫度分布

圖6給出了試件沿厚度方向的測點(diǎn)布置圖（圖6中紅色空心圓點(diǎn)），取這些溫度測點(diǎn)在試驗(yàn)測試結(jié)束前24 h內(nèi)記錄的溫度平均值作為穩(wěn)態(tài)時各測點(diǎn)處的溫度值，繪制出穩(wěn)態(tài)時各個試件各測點(diǎn)處沿厚度方向溫度分布曲線，如圖11所示.從圖6可以看出，測點(diǎn)布置在試件中線附近，距吊點(diǎn)較遠(yuǎn)，受吊點(diǎn)熱橋的影響可忽略，各測點(diǎn)溫度分布僅考慮實(shí)心混凝土邊框熱橋的影響.

如圖11中1#試件各測點(diǎn)沿厚度方向溫度分布曲線，保溫板兩側(cè)表面之間的溫差（47.4 ℃）占試件兩側(cè)表面溫差（50.3 ℃）的比重超過了94%，說明保溫板是夾心保溫墻板保溫性能的主要貢獻(xiàn)來源，保溫板的保溫性能直接決定了夾心保溫墻板的保溫性能.對比圖11（a）～（d）中的2#～6#試件與1#試件沿厚度方向溫度分布曲線可知，雖然夾心保溫墻板的保溫性能主要是由中間保溫板提供，但是由于實(shí)心混凝土邊框處熱橋的影響，距實(shí)心混凝土邊框的距離越小，試件兩側(cè)表面和保溫板兩側(cè)表面的溫差越小，保溫性能越差.這一現(xiàn)象表明，實(shí)心混凝土邊框作為熱橋，會降低保溫板的保溫性能，從而降低墻板的保溫性能，而且隨著試件邊框?qū)挾龋ɑ蜻吙蚵剩┑脑黾樱@種降低效果更加顯著.由圖11（a）可知，具有實(shí)心混凝土邊框的試件中心位置溫差低于傳統(tǒng)夾心保溫墻板試件，說明對于本文研究的試件，混凝土邊框熱橋的影響區(qū)域已經(jīng)覆蓋了整個墻板.以上結(jié)果和分析表明，實(shí)心混凝土邊框作為熱橋，會顯著降低保溫板的保溫性能，從而對夾心保溫墻板的熱工性能產(chǎn)生極為不利的影響.

2.2 穩(wěn)態(tài)時試件熱流量

2.2.1 標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果

按照1.6節(jié)進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，并記錄標(biāo)定試驗(yàn)過程中計量箱加熱功率和各熱流測點(diǎn)處的熱流值，取試驗(yàn)結(jié)束前24h內(nèi)記錄數(shù)據(jù)的平均值作為標(biāo)定試件穩(wěn)態(tài)時的計算指標(biāo).結(jié)果表明，熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，計量箱加熱功率為10.05W，由各測點(diǎn)熱流值計算的面積加權(quán)平均熱流值為6.67 W/m²，通過式（4）計算試驗(yàn)過程的熱量損失為4.03W.

2.2.2 試件熱流量響應(yīng)

根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果，對各個試件在試驗(yàn)過程中記錄到的計量箱加熱功率進(jìn)行標(biāo)定，繪制試驗(yàn)過程中通過各試件的熱流量時程曲線，如圖12所示.由圖12可知，穩(wěn)態(tài)時試件的熱流量隨著邊框率的增加而增大，且在熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程中，不同于傳統(tǒng)夾心保溫墻板（1#試件）熱流量不斷降低至恒定值，具有實(shí)心混凝土邊框的試件（2#～6#試件）的熱流量卻出現(xiàn)了先減小后增加至恒定值的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)同樣說明在實(shí)心混凝土邊框處出現(xiàn)蓄熱與熱傳導(dǎo)的相互作用.

2.3 試件熱阻值

2.3.1 試驗(yàn)試件熱阻值

取試驗(yàn)結(jié)束前24 h內(nèi)記錄的溫度響應(yīng)和熱流量響應(yīng)，按式（1）計算試件熱阻值，結(jié)果如表3所示.

根據(jù)表2中材料參數(shù)，按照《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB 50176—2016）［32］計算均質(zhì)（無吊點(diǎn)影響）夾心保溫墻板熱阻值為2.077（m²?K）/W，與表3中各試件熱阻值對比分析.1#試件熱阻值［1.805（m²?K）/W］相對于均質(zhì)夾心保溫墻板熱阻值降低了13.10%，說明吊點(diǎn)作為熱橋，使得墻板熱阻值降低13.10%，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中可以對墻板熱阻值乘相應(yīng)的折減系數(shù)，從而考慮吊點(diǎn)熱橋效應(yīng)對墻板熱阻值的不利影響. 2#～6#試件相對于1#試件熱阻值分別降低了78.06%、83.10%、86.54%、88.36% 和90.36%，說明實(shí)心混凝土邊框?qū)Π鍩嶙柚档牟焕绊懯诛@著，在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)盡量采取措施減小實(shí)心混凝土邊框的面積占比.

2.3.2 消除吊點(diǎn)影響的試件熱阻值

為得到消除吊點(diǎn)影響的試件熱阻值，需要得到消除吊點(diǎn)影響的試件表面平均溫度和熱流量.如圖6所示，沿中線方向布置的溫度測點(diǎn)距離吊點(diǎn)位置較遠(yuǎn)，測點(diǎn)的溫度值不受吊點(diǎn)影響，故取中線方向測點(diǎn)溫度的面積加權(quán)平均溫度值作為試件熱阻值的計算依據(jù).計算消除吊點(diǎn)影響的試件熱流量關(guān)鍵在于計算通過吊點(diǎn)的熱流量，將表3中試件熱流量減去通過吊點(diǎn)的熱流量即為消除吊點(diǎn)影響的試件熱流量.

通過吊點(diǎn)的熱流量可以用1#試件熱流量減去均質(zhì)（無吊點(diǎn)影響）墻板的熱流量計算得到.由式（2）可知，通過試件的熱流量可按式（5）計算：

3.2 墻板熱阻計算方法適用性分析

按照3.1節(jié)介紹的熱阻計算方法，計算本文6組試件僅考慮實(shí)心混凝土邊框影響下的熱阻值，計算結(jié)果匯總至表5.可以看出，等溫平面法計算的墻板熱阻值較試驗(yàn)值偏小，最大偏差接近50%.熱工規(guī)范方法計算墻板熱阻值在邊框率大于50%（50%～60%）時吻合度較好，與試驗(yàn)值偏差在10% 以內(nèi)；在邊框率為20%～50%時，熱阻值計算結(jié)果誤差浮動較大，最大誤差接近20%.在邊框率為20%～60%時，平行流法和區(qū)域法計算的熱阻值與試驗(yàn)值較為一致，平行流法最大誤差為7.07%，區(qū)域法最大誤差為6.18%.因此，在邊框率為20%～60%的范圍內(nèi)，平行流法和區(qū)域法計算實(shí)心混凝土邊框夾心保溫墻板熱阻值的精確度較高，而在邊框率小于20%和大于60%下兩種方法的適用性，還需通過試驗(yàn)或數(shù)值模擬加以驗(yàn)證.相比于平行流法，區(qū)域法計算時考慮了邊框熱橋效應(yīng)的影響區(qū)域，計算精度更高.同時，區(qū)域法還可以考慮相同邊框率下墻板尺度對墻板熱阻值的影響，并且通過對連接件影響區(qū)域W 進(jìn)行修正，計算其他類型連接件影響下墻板的熱阻值［9，11］，從而實(shí)現(xiàn)各種不同構(gòu)造下墻板熱阻值的計算，因而本文推薦采用區(qū)域法作為帶混凝土邊框結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板熱阻值的計算方法.

4 結(jié)論

為指導(dǎo)新型結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板構(gòu)造設(shè)計和工程應(yīng)用，本文對6組不同邊框率的結(jié)構(gòu)保溫一體化預(yù)制混凝土夾心保溫墻板試件進(jìn)行標(biāo)定熱箱試驗(yàn)，獲得了溫度和加熱功率時程曲線，定量分析了吊點(diǎn)和邊框率對墻板熱工性能的影響，并對現(xiàn)行墻板熱阻值計算方法的適用性進(jìn)行了分析和討論，主要結(jié)論如下：

1）實(shí)心混凝土邊框的熱橋效應(yīng)影響到整個墻板試件，邊框的存在會延長墻板熱傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間，且墻板達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時間會隨著邊框率的增大而延長.

2）實(shí)心混凝土邊框的引入，極大降低了墻板的熱阻值.試驗(yàn)結(jié)果顯示，邊框率為19.94%、30.85%、40.95%、50.26%和61.43%時，墻板熱阻值相比無邊框墻板分別降低了79.26%、84.28%、87.48%、89.36%和91.10%.為滿足現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)下新建建筑的熱工性能指標(biāo)限值，在實(shí)際工程應(yīng)用中要將墻板的邊框率控制在20%以內(nèi).

3）吊點(diǎn)處形成熱橋，使得墻板熱阻值降低了13.10%，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要對墻板熱阻值考慮相應(yīng)的折減系數(shù)，從而考慮吊點(diǎn)處熱橋?qū)Π鍩嶙柚档牟焕绊?

4）國內(nèi)外現(xiàn)行的4種夾心保溫墻板熱阻值計算方法的計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比顯示，區(qū)域法計算帶邊框的夾心墻板的誤差最小，針對邊框率20%～60%的墻板，區(qū)域法計算的熱阻值與試驗(yàn)結(jié)果的誤差僅在7%以內(nèi)，推薦采用區(qū)域法作為結(jié)構(gòu)保溫一體化墻板熱阻值的實(shí)用計算方法.