粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能性研究

李 穎白 莉何書明張怡然

(1:吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，長春 130118;2:吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長春 130118;3:長春中海地產(chǎn)有限公司，長春 130000)

加氣混凝土具有材料來源廣泛、材質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)量輕、易加工、施工方便、造價低等優(yōu)點，尤其是其具有的優(yōu)良的保溫、隔熱、防火功能使其在建材市場中的占有率逐年提高.目前全國加氣混凝土產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)近600家，總設(shè)計年生產(chǎn)能力超過4650萬m3，其中粉煤灰蒸壓加氣混凝土制品占總產(chǎn)量的80%，2015年全國加氣混凝土需求量將超過5000萬m3[1].

自保溫圍護結(jié)構(gòu)是指由一種建筑材料構(gòu)成，不需要在內(nèi)外兩側(cè)粘貼保溫材料就能滿足相應(yīng)節(jié)能標準要求的圍護結(jié)構(gòu).粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)是由粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊配以專用干粉保溫砂漿砌筑和專用干粉抹面砂漿抹面而構(gòu)成.

吉林省地處嚴寒地區(qū)，粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)的外墻厚度普遍為490 mm，按材料出廠的性能參數(shù)計算其傳熱系數(shù)為0.297 W/(m2·k)，利用熱流計法[2]現(xiàn)場實測其平均傳熱系數(shù)為0.404 W/(m2·k).《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB50189－2005)(以下簡稱“節(jié)能標準”)規(guī)定，外墻傳熱系數(shù)上限值為0.500 W/(m2·k).本文利用DeST－c軟件分別模擬外墻傳熱系數(shù)為0.404 W/(m2·k)和0.500 W/(m2·k)時的建筑能耗，并對比研究粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能性.

1 示范工程現(xiàn)場測試研究

1.1 工程概述

吉林建筑大學(xué)建筑教學(xué)館是“十二五國家科技支撐計劃項目——東北嚴寒地區(qū)建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”的示范工程，總建筑面積27491.81m2，共6層，建筑高度23.95 m，體型系數(shù)0.19，2012年11月完工.外墻采用450 mm厚粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊，內(nèi)墻采用200 mm厚粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊，內(nèi)、外墻均雙面抹20 mm厚干粉保溫砂漿;外窗采用塑鋼三玻中空玻璃窗，窗墻比為34%;屋面為40 mm厚1∶2.5水泥砂漿保護層+4 mm厚SBS改性瀝青防水層+40 mm厚1∶2.5水泥砂漿找平層+160 mm厚阻燃型聚苯乙烯保溫板+2 mm厚SBS改性瀝青隔氣層+120 mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板.工程設(shè)計執(zhí)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB50189－2005)及吉林省地方標準《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(DB22/436－2007).

1.2 傳熱系數(shù)現(xiàn)場測試

采用JTNT－A專用建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)測試儀測試外墻傳熱系數(shù).測試時間為2013年2月28日至2013年3月8日，數(shù)據(jù)采集時間間隔為20 min，每個測點連續(xù)測試48h.選擇該建筑不同朝向的外墻主體部位，每一朝向設(shè)置3個測試點.測試在采暖期進行，測試期間連續(xù)供暖，門窗緊閉，房間內(nèi)無人員走動.測試現(xiàn)場測點布置及傳感器見圖1，圖2.

圖1 外墻主體部位傳熱系數(shù)測試現(xiàn)場

圖2 熱流密度傳感器和溫度傳感器

1.3 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果

測得各朝向外墻的熱流密度、溫度數(shù)據(jù)見圖3～圖6.

分別剔除南朝向8∶16 ～14∶16、東朝向6∶34 ～14∶34、西朝向12∶14 ～21∶14 的數(shù)據(jù)，在這些時刻實測數(shù)據(jù)受太陽輻射影響誤差較大.

圖3 北外墻熱流密度、溫度數(shù)據(jù)

圖4 南外墻熱流密度、溫度數(shù)據(jù)

圖5 東外墻熱流密度、溫度數(shù)據(jù)

圖6 西外墻熱流密度、溫度數(shù)據(jù)

由圖3～圖6的數(shù)據(jù)，可以計算出各朝向外墻平均傳熱系數(shù)，最終計算出外墻總平均傳熱系數(shù)，見表1.

表1 各朝向外墻平均傳熱系數(shù)及外墻總平均傳熱系數(shù)實測值

1.4 測試數(shù)據(jù)分析

為進行對比分析，在表2中將外墻傳熱系數(shù)理論計算值、現(xiàn)場測試值及節(jié)能標準規(guī)定上限值分別列出.

表2 傳熱系數(shù)對比

從表2可以看出，粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)外墻傳熱系數(shù)的理論計算值和現(xiàn)場測試值均滿足節(jié)能標準的要求.但測試值與理論計算值相差較大，分析原因主要有以下幾點:

(1)熱流計法是一種基于一維穩(wěn)態(tài)傳熱原理的測試方法，而實際上圍護結(jié)構(gòu)的傳熱是三維非穩(wěn)態(tài)傳熱，用熱流計法測得圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)若不加以修正，測試數(shù)據(jù)與實際傳熱系數(shù)會存在一定的偏差;

(2)測試工作是在建筑主體完工3個月，水磨石地面剛完工1個月的時間進行的，時值冬季，門窗關(guān)閉，建筑外墻與地面施工殘留的水分沒有完全散發(fā)出去，受此影響使外墻在傳熱的同時伴有微量的質(zhì)傳遞，測試傳熱系數(shù)偏大;

(3)施工工藝的不確定性也是導(dǎo)致傳熱系數(shù)增大的原因之一.砌塊砌筑時，砂漿灰縫不可能達到絕對飽滿，砌塊之間會有微小的縫隙，使熱流偏大;抹面時砂漿厚度的不均勻，將造成熱量傳遞的不均勻，導(dǎo)致傳熱系數(shù)實測值大于理論計算值;

(4)砂漿配比不準確或未達到技術(shù)規(guī)程要求也是原因之一.干粉保溫砂漿的配比要求比較嚴格，一旦含水率超標，多余的水分將向外墻砌塊的空隙擴散，直接導(dǎo)致傳熱系數(shù)升高.

2 DeST－c軟件模擬建筑能耗研究

2.1 建筑能耗模擬結(jié)果

在DeST－c軟件中建立示范工程的建筑模型[3].根據(jù)長春市氣象數(shù)據(jù)及示范工程實際建設(shè)情況，對該教學(xué)館進行全年8760 h動態(tài)模擬，分別得到外墻傳熱系數(shù)為實測值0.404 W/(m2·k)和節(jié)能標準上限值0.500 W/(m2·k)兩種不同情況下的全年熱負荷及能耗，模擬計算結(jié)果匯總于表3.

表3 DeST－c建筑熱負荷模擬數(shù)據(jù)匯總

2.2 模擬結(jié)果分析

由表3可以看出，在其他條件不變的情況下，以實測傳熱系數(shù)值0.404 W/(m2·k)模擬計算，得出全年累計熱負荷為846197.91 kW;以節(jié)能標準規(guī)定的傳熱系數(shù)上限值0.500 W/(m2·k)模擬計算，得出全年累計熱負荷為 1011148.77 kW，兩者相差(1011148.77 －846197.91)/1011148.7=16.32%.

我們知道，傳熱系數(shù)測試值0.404 W/(m2·k)遠高于理論計算值0.297 W/(m2·k)，也高于實際傳熱系數(shù).按照“最不利”的情況考慮，即認定傳熱系數(shù)K=0.404 W/(m2·k)，粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)建筑的全年累計熱負荷比節(jié)能標準要求還低16.32%，這就意味著采用粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)的公共建筑采暖能耗比節(jié)能標準要求還低16.32%.按長春市公共建筑采暖平均煤耗35.76 kg/m2標煤量計算[4]，則節(jié)省煤耗5.836 kg/m2標煤，折算成動力煤(發(fā)熱值為5500大卡)為7.43 kg/m2.

2013年7月，渤海動力煤價格指數(shù)顯示[5]，5500大卡動力煤的綜合平均價格為592元/t，按此價格計算，得出長春市公共建筑冬季采暖平均每平方米節(jié)約采暖燃煤費為4.40元/m2.也就是說，采用粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)的公共建筑比節(jié)能標準要求的采暖燃煤費還節(jié)省4.40元/m2.據(jù)房地產(chǎn)業(yè)協(xié)會統(tǒng)計[6]，2012年長春市新建房屋成交面積1097.4萬m2，按此數(shù)據(jù)計算長春市新建建筑每年將節(jié)約燃煤8.15萬t/年，減少采暖燃煤費用0.483億元.由此可見，粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)體系的節(jié)能性與經(jīng)濟性是十分顯著的.

3 結(jié)語

(1)通過傳熱系數(shù)的現(xiàn)場測試值、理論計算值與節(jié)能標準上限值比較可得，粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)外墻滿足建筑節(jié)能標準要求，不必再附加任何保溫材料;

(2)通過DeST－c軟件模擬公共建筑能耗，得出采用粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)能耗比節(jié)能標準要求還低16.32%，充分體現(xiàn)了其顯著的節(jié)能性;

(3)如果2012年長春市新建公共建筑均采用粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)體系，長春市每年將節(jié)省采暖燃煤量8.15萬t/年，節(jié)約采暖費0.483億元/年，節(jié)能環(huán)保意義重大;

(4)本文通過對粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)外墻傳熱系數(shù)的理論計算、現(xiàn)場測試及能耗模擬綜合研究，得出粉煤灰蒸壓加氣混凝土自保溫圍護結(jié)構(gòu)體系具有顯著的節(jié)能性，不必附加任何保溫材料就完全滿足節(jié)能標準要求的研究結(jié)論.

[1]代德偉，劉京麗，王 鈺.國內(nèi)外加氣混凝土產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].混凝土世界，2013(4):30－33.

[2]JGJ/T 177－2009公共建筑節(jié)能檢測標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]Bai Li，Zhang Yiran，Chu Jiarui.Energy Conservation Analysis on Self－ thermal Insulation Walls Structural System in Cold Areas[J].Progress in Renewable and Sustainable Energy，2012(9):1778 －1782.

[4]白 莉，艾莉莉.長春市燃煤供熱鍋爐運行及煤耗現(xiàn)狀調(diào)查[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2010，27(1):57－60.

[5]http://www.ce.cn/cysc/ny/gdxw/201307/12/t20130712_545892.shtml.

[6]http://www.chinaacc.com/new/184_900_201303/05wa1161396894.shtml.