計算露點溫度控制下的地下室外墻保溫設(shè)計

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計算露點溫度控制下的地下室外墻保溫設(shè)計

胡海華1,2,王孟孟1,2,潘鎮(zhèn)鎮(zhèn)1,趙寶月1

(1. 湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南株洲412007;
2. 湖南工業(yè)大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南株洲 412007)

摘要：簡單介紹了地下室內(nèi)熱濕環(huán)境的特點，進(jìn)一步明確了土壤水分滲透和室內(nèi)水蒸氣結(jié)露是地下室外墻出現(xiàn)返潮現(xiàn)象的兩個引發(fā)因素。從暖通專業(yè)的角度思考，針對室內(nèi)水蒸氣結(jié)露問題，依據(jù)外墻負(fù)荷計算方法及相關(guān)傳熱學(xué)知識，推出一種保證地下室外墻不因室內(nèi)水蒸氣結(jié)露而發(fā)生返潮現(xiàn)象所需最小保溫層熱阻計算方法。以夏熱冬冷的株洲地區(qū)地下室外墻保溫設(shè)計為例，綜合該地區(qū)的地理氣候特點、備選外墻保溫材料的熱工性能及市場價格情況，得出EPS板為最佳保溫材料，為地下室外墻保溫設(shè)計提供理論與技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：地下室；露點溫度；外墻保溫；設(shè)計

對于與人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系密切的地下室，在不同氣候區(qū)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)受潮程度不一，其中夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)最為嚴(yán)重[1]。此兩個氣候區(qū)空氣濕度大，加上地下室通風(fēng)采光條件的天生不足，熱濕環(huán)境更加惡劣。所以，此類建筑空間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)返潮現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹[2]，地下室圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)返潮的引發(fā)因素有二：一是土壤中水分通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)毛細(xì)孔、裂縫等滲透進(jìn)入到內(nèi)表面；二是因室內(nèi)空氣濕度大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)計算露點溫度而出現(xiàn)結(jié)露[3-5]。解決這個問題，就需要在加強圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲透措施的同時增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻，提高這些部位的內(nèi)表面溫度。因此，在刨除地下室墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況下，從暖通專業(yè)的角度思考，如何防止外墻因內(nèi)表面結(jié)露而引發(fā)返潮現(xiàn)象發(fā)生的相關(guān)技術(shù)就顯得至關(guān)重要，本文正是基于這樣的現(xiàn)實需要，對地下室外墻保溫設(shè)計進(jìn)行理論與技術(shù)上的探討，供工程技術(shù)人員參考。

1保證地下室外墻不結(jié)露所需最小保溫層熱阻

地下室外墻直接接觸土壤，墻體外表面溫度在工程上可視為與土壤計算平均溫度相同。因此，土壤與外墻內(nèi)表面的能量交換只通過導(dǎo)熱方式進(jìn)行。要保證地下室外墻不因室內(nèi)水蒸氣結(jié)露而發(fā)生墻體返潮現(xiàn)象，墻體內(nèi)表面溫度在理論上就必須大于等于室內(nèi)計算露點溫度。因此，當(dāng)二者相等時，可得此時外墻導(dǎo)熱量計算式(1)。

(1)

式中：Qg為地下室外墻導(dǎo)熱量；Kg為外墻部分傳熱系數(shù)；F為外墻負(fù)荷計算面積；Tsoil為土壤計算平均熱力學(xué)溫度；Tiw為地下室內(nèi)計算露點熱力學(xué)溫度。

由地下室外墻負(fù)荷計算方法及導(dǎo)熱原理可知，地下室外墻負(fù)荷Qc與地下室外墻導(dǎo)熱量Qg大小相等，則可得式(2)、式(3)。

(2)

式中：Qc為地下室外墻負(fù)荷；Kt為外墻總傳熱系數(shù)；Tid為室內(nèi)計算干球的熱力學(xué)溫度；其它同上。

(3)

將式(1)、式(2)代入式(3)中，并化簡可得式(4)。

(4)

地下室外墻典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，則上述外墻總傳熱系數(shù)Kt及外墻部分傳熱系數(shù)Kg可分別按式(5)、式(6)計算。

(5)

(6)

式中：Rih為地下室外墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣的對流換熱熱阻；di、dc、dhp、do分別為地下室外墻內(nèi)表層、混凝土層、保溫層、外表層的厚度，(m)；λi、λc、λhp、λo分別為地下室外墻內(nèi)表層、混凝土層、保溫層、外表層的導(dǎo)熱系數(shù)；其它同上。

圖1　地下室外墻典型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Schematic diagram of a typical structure of basement exterior wall

將式(5)、式(6)代入式(4)中，經(jīng)推導(dǎo)變換可得保證地下室外墻不因室內(nèi)水蒸氣結(jié)露而發(fā)生返潮現(xiàn)象所需最小保溫層熱阻計算式(7)。

(7)

式中：Rhpmin為保證地下室外墻不因室內(nèi)水蒸氣結(jié)露而發(fā)生返潮現(xiàn)象所需最小保溫層熱阻；其它同上。

2外墻保溫材料的選擇

目前，相對于國外關(guān)于墻體保溫材料研發(fā)、生產(chǎn)、施工管理等先進(jìn)技術(shù)，國內(nèi)雖然還有相當(dāng)?shù)牟罹啵踩〉昧瞬恍〉倪M(jìn)步，主要表現(xiàn)在國產(chǎn)保溫材料種類多、性價比愈發(fā)提高、生產(chǎn)及施工管理技術(shù)亦得到了普遍加強。因此，面對市場種類繁多的外墻保溫材料，如何根據(jù)具體工程實際需要選擇一種合適的保溫材料對于提高工程質(zhì)量和降低投資費用具有非常重要的現(xiàn)實意義。在此，以處于夏熱冬冷的株洲地區(qū)地下室外墻保溫設(shè)計為例，對該地區(qū)地下室內(nèi)露點控制下的外墻保溫進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，說明地下室外墻保溫材料的選擇方法。

2.1　備選典型鋼筋混凝土外墻保溫材料

常用的外墻保溫材料可分為保溫砂漿、保溫板、保溫發(fā)泡及礦物棉4類。為了能夠找到一款既合乎工程具體實際，又性能好、投資低的保溫材料，現(xiàn)結(jié)合文獻(xiàn)[6-7]，選取EPS板、膠粉EPS顆粒漿料及聚氨脂硬泡塑料3種典型鋼筋混凝土外墻常用的保溫材料作為備選。

2.2　外墻保溫的計算與經(jīng)濟(jì)性分析

2.2.1原始計算參數(shù)及3種備選保溫材料厚度的計算

根據(jù)文獻(xiàn)[7]相關(guān)數(shù)據(jù)，可得3種備選保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為：λEPS板=0.030W/(m·K)、λ膠粉EPS顆粒漿料=0.040W/(m·K)、λ聚氨脂硬泡塑料=0.023W/(m·K)，說明聚氨脂硬泡塑料保溫性能最好，EPS板次之，膠粉EPS顆粒漿料最差。

據(jù)調(diào)查，3種備選保溫材料的價格分別為：yEPS板=260元/m3，y膠粉EPS顆粒漿料=1 000元/m3，y聚氨脂硬泡塑料=900元/m3，其中膠粉EPS顆粒漿料和聚氨脂硬泡塑料的價格相差無幾，相對來說，EPS板的價格很低，最多只占約1/3的比例，差距明顯。因市場的不確定因素較多，無法準(zhǔn)確確定3種備選保溫材料的市場真實價格，上述價格情況在此僅供參考，主要目的是為從理論上說明外墻保溫材料的選擇方法，實際工程中應(yīng)依據(jù)確定銷售單位的具體價格加以分析選擇。

其它原始計算參數(shù)按照株洲地區(qū)實際情況確定，具體見表1。

表1　部分原始計算參數(shù)

將上述相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(7)可得：dhpEPS板∶dhp膠粉EPS顆粒漿料∶dhp聚氨脂硬泡塑料=3.540∶4.720∶ 2.714。

2.2.2經(jīng)濟(jì)性分析

由上述2.2.1節(jié)中3種備選保溫材料厚度的計算結(jié)果可以得出：對于這一地區(qū)某一地下室，其外墻傳熱面積是一定的，則結(jié)合上述3種備選保溫材料的市場參考價格可得在保證地下室外墻不因室內(nèi)水蒸氣結(jié)露而發(fā)生返潮現(xiàn)象所需最小保溫層的費用比為：YEPS板∶Y膠粉EPS顆粒漿料∶Y聚氨脂硬泡塑料=920.4∶4 720∶2 442.6，說明膠粉EPS顆粒漿料費用最高，聚氨脂硬泡塑料費用次之，EPS板費用最低。因此，選擇EPS板作為保溫材料既能滿足地下室外墻熱工性能要求，又能達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)論

在地下室外墻防土壤水分滲透設(shè)計已經(jīng)確定的情況下，可從暖通專業(yè)的角度出發(fā)，將墻體內(nèi)表面溫度與室內(nèi)計算露點溫度聯(lián)系起來，推導(dǎo)出能夠有效解決地下室外墻內(nèi)表面因結(jié)露而導(dǎo)致返潮現(xiàn)象發(fā)生的墻體最小保溫層熱阻計算式，即控制墻體內(nèi)表面溫度大于室內(nèi)計算露點溫度。在此基礎(chǔ)上，綜合備選保溫材料所具有的熱工性能及市場實際價格，可選出一種既能滿足地下室外墻熱工性能要求，又能達(dá)到良好經(jīng)濟(jì)效益的保溫材料。

通過對處于夏熱冬冷的株洲地區(qū)地下室外墻保溫設(shè)計的計算分析，得出選擇EPS板作為保溫材料既能滿足地下室外墻熱工性能要求，又能達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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Insulation Design of the Basement Exterior Wall in the

Controlled of the Calculations of the Dew Point Temperature

HU Haihua1,2, WANG Mengmeng1,2, PAN Zhenzhen1， ZHAO Baoyue1

Abstract：This paper introduces the characteristics of the basement infernal heat wet environment and further defines soil moisture penetration and indoor water vapor condensation are the two causes of the damp basement wall. From a professional point of HVAC, according to the exterior wall heat load calculation methods and related knowedge,this paper deduceds a calculation methood of the minimum insualtion thermal of exterior wall of the basement which is required to ensure that the damp phenomenon will not occure because of the indoor water vapor anderisation. Taking the basement wall insulation in Zhuzhou where it is hot in summer and cold in winter for example, combining the factors such as the geographical and climatic characters of the region, the thermal performance of alternative materials and wall insulation market price situation, the design draws a conclusion that the EPS insulation board is the best. The conclusion provides theoretical and technical reference forthe basement wall insulation design.

Keywords：basement； dew point temperature； wall insulation； design

(責(zé)任編輯：張英健)

作者簡介：胡海華(1991-)，男，江西分宜人，碩士生，主要研究方向為建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)。

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃課題(2011BAJ03B07)

收稿日期：2014-09-28

中圖分類號：TU9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-5322(2015)01-0067-03

doi:10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201501015