保溫墻體結(jié)構(gòu)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(yán)重。在JGJ26—1995《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中要求新建建筑全面嚴(yán)格執(zhí)行50%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，4個直轄市和北方嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)實施新建建筑節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)，并推進(jìn)新型墻體材料和節(jié)能建材產(chǎn)業(yè)化[1]。保溫墻體的應(yīng)用成了解決當(dāng)務(wù)之急的主導(dǎo)方法，其形式基本分為外保溫結(jié)構(gòu)、夾心保溫結(jié)構(gòu)和內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)。

1 墻體結(jié)構(gòu)組成及參數(shù)

共比較8種墻體性能，考慮因素包括墻體厚度、保溫結(jié)構(gòu)和保溫材料。8種墻體的結(jié)構(gòu)參數(shù)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(jié)構(gòu)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(yuǎn)大于復(fù)合墻體熱流密度，不利于墻體保溫。當(dāng)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(dāng)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(jù)。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(yōu)選8號加空氣層的保溫墻體。

表1 8種墻體結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.2 室內(nèi)墻體結(jié)露

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

2號、4號、6號墻體的內(nèi)壁溫度計算結(jié)果見表2。2號墻體在室內(nèi)溫度為18℃時，內(nèi)壁溫度為9.8℃。同時，2號墻體在室內(nèi)溫度高于18℃時，墻體的內(nèi)壁溫度小于露點溫度，出現(xiàn)結(jié)露，只適用于室內(nèi)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(jìn)行保溫設(shè)計，雖然基層墻體的厚度有所減少，但內(nèi)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(jié)構(gòu)及材料

3.1 結(jié)構(gòu)選擇

3種保溫結(jié)構(gòu)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(nèi)、外保溫墻體的結(jié)構(gòu)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(nèi)保溫墻體，如圖3（a）所示，基層墻體主體部分處于室外一側(cè)，其溫度接近于室外溫度，內(nèi)保溫層內(nèi)表面蓄熱系數(shù)小，水蒸氣壓超出結(jié)露的飽和壓力處在保溫層及其以外的墻體而產(chǎn)生結(jié)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(fā)生霉變、變形；主體結(jié)構(gòu)部分溫度較低，貯留的水分很難被蒸發(fā)，因凍融會造成墻體結(jié)構(gòu)的破壞。

2）對于4號外保溫墻體，如圖3（b）所示，主體結(jié)構(gòu)部分處于室內(nèi)一側(cè)，內(nèi)表面蓄熱系數(shù)大，整個主體結(jié)構(gòu)為暖體。通過主體與保溫層的水蒸氣壓均小于會結(jié)露的飽和蒸汽壓，因此保溫墻體不產(chǎn)生結(jié)露。室溫變化緩慢，室內(nèi)溫度穩(wěn)定，居住較為舒適。從結(jié)露角度看，外保溫墻體要優(yōu)于內(nèi)保溫墻體。

圖2 3號、4號墻體結(jié)構(gòu)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(nèi)保溫墻體相比還可以節(jié)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(jié)省44%、48%、58%、45%。由于保溫材料貼在墻體的外側(cè)，其保溫、隔熱效果優(yōu)于內(nèi)保溫和夾心保溫，可使主體結(jié)構(gòu)墻體減薄，從而增加使用面積。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)為磚墻時，每戶使用面積分別增加1.2、2.4、4.2、1.3 m2；當(dāng)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(dǎo)熱系數(shù)、施工工藝、造價及技術(shù)等。聚苯板是工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量容易保證，保溫性能穩(wěn)定。膠粉顆粒保溫性能受施工質(zhì)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(dǎo)熱系數(shù)是膠粉顆粒干密度為180～250 kg/m3時的導(dǎo)熱系數(shù)，實際施工時是難以達(dá)到的，密度增大將導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)增大。但膠粉聚苯顆粒的熱穩(wěn)定性能好；軟化系數(shù)小；黏結(jié)力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)性能好；材料穩(wěn)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(jié)約25元左右。膠粉聚苯顆粒外墻外保溫技術(shù)適合我國國情和氣候特點，作為新型保溫材料應(yīng)該廣泛使用。

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

4 結(jié)論

以民用建筑節(jié)能設(shè)計為目的，對不同墻體結(jié)構(gòu)參數(shù)及墻體材料的選擇進(jìn)行了對比分析。從墻體保溫性能及經(jīng)濟(jì)性考慮，宜選擇8號墻體；從避免墻體結(jié)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(yīng)用前景。

[1]何水清，朱興連.復(fù)合墻體夏季非穩(wěn)態(tài)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(xué)[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(shè)計規(guī)范：GB 50176—2016[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016：6-25.

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

[5]黃振利.外墻保溫應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：25-60.