關于輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻熱工性能的研究

駱禮松 姚斌 零江龍 王亞騰

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司 貴州 貴陽 550081

引言

由于社會發展，資源的浪費，建筑能耗占國家能耗指標越來越嚴重，建筑能耗，對于節約能源至關重要。

目前，我國在建筑上應用的保溫材料品種很多，均有各自的優缺點。有機累保溫材料以輕質、有機類保溫材料以輕質、低導熱系數、吸水率極低等優點占有較大的市場份額，但絕大多數易燃、易老化、耐久性差；無機類保溫材料雖然安全防火、耐久性好、易施工，但大多數保溫性能相對較差[2]。

對于傳統保溫系統，易脫離，起鼓、開裂、施工難度大、施工工序復雜，成本高，對于研究自保溫墻體與自保溫墻體和保溫板組合墻體已經成為社會發展的主流。

輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻外為硅鈣板，為無機材料，燃燒性能A級，表面平整具有飾面材料功能；內部填充聚苯顆粒混凝土，燃燒性能B1級，與C型龍骨、硅鈣板、聚苯顆粒混凝土組合成保溫一體墻，具有變形系數小、抗老化、保溫性能穩定、生態環保、可與建筑物同壽命周期特點。

本文結合輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻各自優勢，計算分析研究輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻不同厚度條件下的傳熱系數，針對不同熱工分區，選用不同厚度的要求。

1 不同地區外墻熱工性能限值

在輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻的傳熱系數計算中，按照《公共建筑設計標準》GB50189-2015對不同熱工分區外墻傳熱系數限值要求如下：

（1） 嚴寒A、B區甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數≤0.5時的傳熱系數的限值K≤0.35W/㎡·K。

（2） 嚴寒C區甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數≤0.5時的傳熱系數的限值K≤0.38W/㎡·K。

（3） 寒冷地區甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數≤0.5時的傳熱系數的限值K≤0.45W/㎡·K。

（4） 夏熱冬冷地區甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數的限值K≤0.60W/㎡·K。

（5） 夏熱冬暖地區、溫和地區甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數的限值K≤0.80W/㎡·K。

2 計算條件

2.1 輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻(1500×1500×B)

簡介，輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土復合保溫一體墻組成結構；由內外各一層10厚的硅鈣板，內部為橫向C型輕鋼龍骨，間距為600mm，豎向C型輕鋼龍骨，間距為1000mm，硅鈣板與C型龍骨直接的間距和龍骨直接的區域內填充聚苯顆粒混凝土組成。

圖1 1500×1500×B透視示意圖

2.2 輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土復合保溫一體墻主要技術指標要求

硅鈣板：干密度為1050 kg/m3，導熱系數為0.33 W/m·K；聚苯顆粒混凝土：干密度為500～600 kg/m3，導熱系數為0.08W/m·K[3]；

C型輕鋼龍骨：干密度為7850kg/m3，導熱系數為58.20W/m·K。

3 計算公式

在輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻的傳熱系數計算中，分為三步進行計算，按照《民用建筑熱工設計規范》GB50176-2016提出一種計算組合復合材料傳熱系數的方法。

3.1 勻質材料計算公式

其中：R0--單一勻質材料熱阻（㎡·K/W）；R--材料層熱阻（㎡·K/W）；δ--材料層厚度（m）；λ--材料層導熱系數（W/m·K）；Re--外表面換熱熱阻（㎡·K/W）；Ri--內表面換熱熱阻（㎡·K/W）

3.2 非勻質材料計算公式

Re--外表面換熱熱阻（㎡·K/W）

Ri--內表面換熱熱阻（㎡·K/W）

fa，fb，fc，·····fn--與熱流平行方向各部分面積占總面積的百分比

Roua，Roub，Rouc，·····Roun--與熱流平行方向各部分的熱阻（㎡·K/W）

Raj，Rbj，Rcj，·····Rnj--與熱流垂直方向第j層各部分的熱阻（㎡·K/W）

3.3 平均傳熱系數計算公式

Ka，Kb，Kc，·····Kn，--垂直于熱流方向上各部分面積上的傳熱系數（㎡·K/W）

Sa，Sb，Sc，·····Sn，--垂直于熱流方向上各部分面積(m)

4 針對不同厚度下的計算結果傳熱系數圖表如下

?

5 計算結果分析

通過上述圖表可以看出，厚度的增大，傳熱系數成遞減形式，厚度增大到一定程度，傳熱系數會趨于某一個定值。

上述圖表中，對于不同熱工分區，考慮不同熱工分區的最不利情況下，可以選用不同對應的厚度值，要求如下所示：

（1） 嚴寒A、B區甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數≤0.5時的傳熱系數的限值K≤0.35W/㎡·K，外墻的厚度最小值為310mm。

（2） 嚴寒C區甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數≤0.5時的傳熱系數的限值K≤0.38W/㎡·K，外墻的厚度最小值為290mm。

（3） 寒冷地區甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數≤0.5時的傳熱系數的限值K≤0.45W/㎡·K，外墻的厚度最小值為260mm。

（4） 夏熱冬冷地區甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數的限值K≤0.60W/㎡·K，外墻的厚度最小值為220mm。

（5） 夏熱冬暖地區、溫和地區甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數的限值K≤0.80W/㎡·K，外墻的厚度最小值為180mm。

但是從上述圖表關系看，厚度在300mm以上時，繼續增加聚苯顆粒混凝土的厚度，傳熱系數值變化甚微，從造價方面要求考慮，對保溫節能要求意義不大。

所以針對這一現象，對于某些極端情況下，節能要求較高的地區，采用單一的輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻自保溫系統，是不經濟的。這種情況下，通過輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻外加保溫板的處理方式進行研究，從經濟方面考慮，具有重要意義。

6 研究采用保溫一體墻自保溫系統與采用保溫一體墻和外加保溫系統造價的對比分析

（1）通過造價分析，在滿足節能要求的同時，嚴寒A、B地區、嚴寒C地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區采用輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻外加擠塑聚苯板方案，要優于采用保溫輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻自保溫系統方案。

（2）通過造價分析，在滿足節能要求的同時，夏熱冬暖地區、溫和地區采用保溫輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻自保溫系統方案，要優于采用輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復合一體墻外加擠塑聚苯板方案。