墻體材料熱工性能及其改進措施研究

摘要：隨著墻體材料應用的不斷推廣，研究其熱工性能及其改進措施凸顯出重要意義。本文首先介紹了墻體材料熱工性能檢測方法，分析了現場熱工性能檢測設備及注意事項。在探討建筑節能在建筑墻體熱工性能方面應用的基礎上，研究了檢測中濕度對檢測結果的影響。

關鍵詞】：墻體材料;熱工性能;改進措施

一、前言

作為墻體材料重要的性能指標，其熱工性能在近期得到了有關方面的高度重視。該項課題的研究，將會更好地提升對其熱工性能的掌控，并對其進行優化改進，從而保證其最終應用的整體效果。

二、建筑板材的種類

1.紙面石膏板

紙面石膏板是以熟石膏為膠凝材料，摻入適量添加劑和纖維作為板芯，以特制的護面紙作為面層的一種輕質板材，按具有的特性可分為普通紙面石膏板耐水紙面石膏板耐火紙面石膏板。紙面石膏板的外觀質量要求表面應平整，不得有影響使用的破損波紋溝槽污痕過燒污料邊部漏料和紙面脫開等缺陷。

2.纖維水泥板

纖維水泥板以纖維和水泥作為主要原料，經制漿成胚養護等工序而制成的板材。按照所用纖維的品種可分為石棉水泥板混合纖維水泥板與無石棉纖維水泥板。按照產品密度不同纖維水泥板可分為高密度斑輕密度板，中密度板。纖維水泥板具有防水防潮防蛀防霉與可加工性好等特點。強度高壓縮率低，抗震性與抗凍性好，經表面凍覆處理后可用做建筑物的外墻板面。

3.纖維增強硅酸鈣板

纖維增強硅酸鈣板由鈣質材料硅質材料纖維等作為主要材料經制漿成胚，蒸汽養護等工序制成的輕質板材。簡稱硅鈣板。按產品用途分為建筑板與船用板。按產品所用的纖維品種分為石棉硅酸鈣板和無石棉硅酸鈣板。硅鈣板具有密度低，比強度高濕漲率小，防火防潮防蛀防霉與可加工性能好等特點。硅鈣板建筑板材主要用于高層與多層建筑的內墻與吊頂。

三、墻體材料熱工性能檢測方法

1.試件制備。根據各種墻體材料的施工工作要求，砌筑成符合測試儀器所需的試件尺寸，試件的要求是能夠達到墻體使用的目的。本試驗采用240mm×115mm×90mm的S9-2型淤泥燒結節能磚，砂漿采用JMS型輕質砂漿砌體。將試件（板材、砌塊）安裝或砌筑在冷熱箱之間的試件架（1000mm×1000mm）內，試件周邊用高效保溫材料將縫隙堵嚴。

2.試件烘干。本試驗采用自制烘箱對試件進行人工烘干，烘干至絕干狀態，完全硬化后布點測量溫度和熱流。

3.測溫布點和粘貼熱流計。當表面材料凝固和干燥后，用乳膠與水泥拌合物或者其他粘結劑，將銅-康銅熱電偶溫度傳感元件粘貼在試件的冷熱表面上，同時用黃油把熱流計粘貼在試件的冷表面上，粘貼熱電偶和熱流計時一定要貼緊，防止出現空隙，否則會嚴重影響檢測結果。在1平方米大小的試件上，至少應布置兩塊熱流計，在熱流計周圍布置四個熱電偶，對應的冷表面上也相應地布置四個熱電偶。然后將冷熱箱與試件架一起合上并扣緊。

4.溫度控制。冷熱箱兩側空氣溫差值至少應控制在20oC。通常熱箱空氣溫度控制恒定為18oC，冷箱的空氣溫度控制恒定溫度-2oC以下。一般說來，冷熱箱的空氣溫差值越大，則其讀數誤差相對越小，因而所得結果較為精確。

5.測量時間。測量包括瞬變過程及若干測量周期。瞬變過程的長短和測量周期是由試件、控制狀況、計量儀表及要求的精度而確定的。瞬變過程一直持續到接近達到穩定狀態之前，然后進入熱穩定狀態。重質的建筑構件需要較長時間才能達到穩定狀態。計量時間包括足夠數量的測量周期，以獲得所要求精度的試驗結果。測量可按以下方式進行：計量期限至少需要三個小時，熱流值及溫度讀數在此測量期有三個周期內是均勻分布的，取三個計量期的熱流和溫度平均值，然后根據這些平均值算出此計量期內的熱阻，并和前面的測量期內熱阻值相比較。如果有兩個測量期內的熱阻值相差小于2%，則此檢測就告結束，而熱阻就按兩次測量期的平均值計算。因此，一個完整的測量期至少需要6個小時。

四、現場熱工性能檢測設備及注意事項

1.集儀、天空輻射表、不間斷電源、熱流傳感器、溫度傳感器、空氣溫度測點支架、防輻射膜、標準氣象百葉箱。軟件分為數據采集軟件和動態計算分析軟件。現場建筑門窗動風壓性能檢測主要儀器也分為硬件和軟件兩塊，硬件部分包括工控機、傳感器、壓力箱面板、主機箱、風壓管路、淋水裝置等輔助材料。軟件部分包括門窗三性現場設備的自動控制、檢測、數據采集、數據處理等功能。

2.在現場熱工性能檢測中主要要注意以下幾點：

（一）測試位置的選擇，應選擇有代表性的位置進行檢測，選擇的頂層測試位置（測試間）最好能兼顧墻體和屋面的熱阻測試。測點位置應選擇能代表所測構件的位置，不應靠近門窗、熱橋、裂縫和有空氣滲漏的部位，不應受加熱和制冷電器的直接影響。

（二）構件表面溫度傳感器及安裝，屋頂、墻體、樓板每個測試位置內外表面溫度測點各不得少于3個，同時也不應靠近門窗、熱橋、裂縫和有空氣滲漏的部位，不應受加熱和制冷電器的直接影響。表面溫度傳感器連同0.lm長引線應與被測表面緊密接觸，以真實反映被測表面的溫度，一般可采用強力膠帶（筆者現場采用的是鋁鉑紙）將其粘結在被測表面，如有松動，應及時固定好后加以強力大面積貼膜紙使傳感器表面的輻射系數與被測構件表面的輻射系數基本相同。

（三）熱流計及安裝，熱流計直接安裝在被測圍護結構的內表面上，熱流計與被測物體的粘結由傳感器與被測表面接觸的差別可引起誤差，所以必須細心認真的安裝熱流計。一般可采用涂抹黃油的方法，黃油須抹的薄而均勻，再采用強力膠帶將其固定。

（四）注意陽光及環境輻射、熱流計表面空氣波動的影響。熱流計不得受陽光直射，圍護結構被測區域的外表面宜避免雨雪侵襲和陽光直射。可采用在被測構件表面貼膜（筆者現場采用的是銀色反光膜）來消除陽光及環境輻射對檢測數據的影響。

（五）熱阻測試及時間控制，測試在系統正常運行后進行，測試過程中應開啟不間斷電源（UPS）以防止停電而導致的數據丟失。自然通風狀態檢測，持續檢測時間不應少于2d，其中晴好天氣不少于ld，采暖（空調）均勻升（降）溫過程不少于ld，恒溫過程不少于sd，按時記錄各點溫度、熱流數據。

五、建筑節能在建筑墻體熱工性能方面的應用

目前，在上述的我國西北某地區，結合其實際地理條件和氣候條件，主要的建筑節能方式有以下幾種：

1.節能建筑的墻體采用保溫夾心復合墻，即將保溫材料置于墻體中間，做成夾心墻;

2.外墻內保溫，即將保溫措施置于外墻內側，例如貼保溫苯板、粉刷石膏、貼聚苯顆粒膠粉等方法。聚苯乙烯塑料加工破碎成小顆粒，配置保溫砂漿;膠粉聚苯顆粒保溫技術早在1998年就被列為國家級工法，目前仍是被廣泛應用的外墻保溫技術。

3.外墻外保溫，即將外墻的外側進行側粘結保溫層，并且在保溫層的外面粘貼聚合物砂漿、網格布以及做美觀的裝飾面等方法，例如EPS板與砼一次現澆外墻外保溫系統，在混凝土框剪體系中把聚苯板放于建筑模板內，然后在墻體外側澆筑混凝土，一次成型澆筑復合墻體。這種方法解決了外掛式外保溫的復雜問題，并且其施工一次成型，工效高，工期大大縮短，并且施工安全，需要注意的是澆筑時要均勻連貫。

另外一種常用的外墻外保溫技術即鋼絲網架EPS板現澆混凝土外墻外保溫系統。其以腹絲外穿透性網架EPS板為保溫材料，將混凝土外墻為基層，放于外墻內側，最后以網片為輔助將其與鋼筋、混凝土澆筑成型。

據實地考察，我國該地區現主要推行的是第三種保溫方法，在外墻的外側粘貼保溫苯板，厚度為5cm～12cm，這種方法施工工藝簡單，技術含量低，極易推廣，經過數日的實驗，保溫效果較好。需要注意的是并不是墻體厚度越厚越好，而是有一個適當的臨界值，當到達臨界值，增加壁厚，內部墻壁溫度幾乎沒有什么變化。

除上述的人工方法之外，還可以充分利用該地區的地理位置，在陽光充足的時候，可以充分蓄熱，蓄能;當地用于建筑的沙土（塊狀）的導熱系數和比熱容較適當，可以作為保溫蓄熱材料;考慮日光的直射方向及時間，考慮建筑物的朝向;根據有效數據可知，墻體外側與土壤接壤的地方時整個墻體耗熱最大的地方，因此要結合建筑實際地理位置，加強該處的保溫，減少熱損耗，增加建筑的蓄熱量。

六、檢測中濕度對檢測結果的影響

在設計人員進行節能墻體設計時，需要生產廠家提供熱工參數，如導熱系數、傳熱系數、傳熱阻等這就需要將產品送到檢測單位進行檢測，檢測最重要的就是依據標準，目前檢測方法標準有GBPT13475-92，5建筑構件穩態熱傳遞性質的測定標定和防護熱箱法6。而對于墻體材料制品，我們要把它砌成砌體及構件，然后進行檢測。問題隨之而來，那就是砌體砌好后，干燥到什么程度才能進行檢測呢？目前砌塊產品標準未作規定，而GBPT2542-2003，5砌墻磚試驗方法6中作了規定，可是其規定是否合理呢？我們認為存在很大問題。在進行節能墻體設計時，其熱工性能應是在正常使用狀態下的性能。我們對應用不同的砌體材料的建筑，在建成使用幾年后的濕度場應有所了解，不同季節濕度如何變化，使用環境下濕度一般保持在什么范圍等等。

用該方法檢測，試驗前墻體內相對濕度都在100%。而燒結磚在正常使用過程中，夏季是相對濕度與周圍環境基本一致，在50%～70%左右，不可能達到100%。對于目前建筑中使用的燒結頁巖空心磚我們進行了對比試驗。第一次試驗按標準砌筑后7d進行，第二次試驗是在第一次試驗結束后，對墻體進行烘烤、風吹3d后進行，第三次試驗是在第二次測試結束后將墻體放置16d后進行。試驗結果見表5。

熱阻值第二次比第一次提高23.1%，第三次比第一次提高59.2%，而這時墻體內的濕度仍然是90%以上，離正常使用相對濕度仍有一段距離。可見該標準規定的試驗方法遠遠背離實際，不可操作。如果我們按此標準進行檢測，就無法對廠家、設計單位負責任，無意間將產品的保溫性能降低。我們認為應積累不同墻體在冬季正常使用狀態下的濕度范圍的數據，了解相對濕度對墻體熱工性能的影響，做到檢測時，盡可能接近事實，或者盡可能減小誤差。

七、結束語

通過對墻體材料熱工性能及其改進措施的相關研究，我們可以發現，在當前各種條件下，熱工性能的檢測十分重要，有關人員應該從墻體材料運用的客觀實際需求出發，在比對優勢因素的同時，制定最為優化可行的相對應改進措施。

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