墻體材料熱工性能及其改進(jìn)措施研究

摘要：隨著墻體材料應(yīng)用的不斷推廣，研究其熱工性能及其改進(jìn)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(xiàn)場熱工性能檢測設(shè)備及注意事項(xiàng)。在探討建筑節(jié)能在建筑墻體熱工性能方面應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研究了檢測中濕度對檢測結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞】：墻體材料;熱工性能;改進(jìn)措施

一、前言

作為墻體材料重要的性能指標(biāo)，其熱工性能在近期得到了有關(guān)方面的高度重視。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對其熱工性能的掌控，并對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，從而保證其最終應(yīng)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(hù)面紙作為面層的一種輕質(zhì)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(zhì)量要求表面應(yīng)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(jīng)制漿成胚養(yǎng)護(hù)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(chǎn)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(diǎn)。強(qiáng)度高壓縮率低，抗震性與抗凍性好，經(jīng)表面凍覆處理后可用做建筑物的外墻板面。

3.纖維增強(qiáng)硅酸鈣板

纖維增強(qiáng)硅酸鈣板由鈣質(zhì)材料硅質(zhì)材料纖維等作為主要材料經(jīng)制漿成胚，蒸汽養(yǎng)護(hù)等工序制成的輕質(zhì)板材。簡稱硅鈣板。按產(chǎn)品用途分為建筑板與船用板。按產(chǎn)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(qiáng)度高濕漲率小，防火防潮防蛀防霉與可加工性能好等特點(diǎn)。硅鈣板建筑板材主要用于高層與多層建筑的內(nèi)墻與吊頂。

三、墻體材料熱工性能檢測方法

1.試件制備。根據(jù)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(dá)到墻體使用的目的。本試驗(yàn)采用240mm×115mm×90mm的S9-2型淤泥燒結(jié)節(jié)能磚，砂漿采用JMS型輕質(zhì)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(nèi)，試件周邊用高效保溫材料將縫隙堵嚴(yán)。

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

3.測溫布點(diǎn)和粘貼熱流計(jì)。當(dāng)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(jié)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(shí)用黃油把熱流計(jì)粘貼在試件的冷表面上，粘貼熱電偶和熱流計(jì)時(shí)一定要貼緊，防止出現(xiàn)空隙，否則會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。在1平方米大小的試件上，至少應(yīng)布置兩塊熱流計(jì)，在熱流計(jì)周圍布置四個(gè)熱電偶，對應(yīng)的冷表面上也相應(yīng)地布置四個(gè)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(cè)空氣溫差值至少應(yīng)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(shù)誤差相對越小，因而所得結(jié)果較為精確。

5.測量時(shí)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(jì)量儀表及要求的精度而確定的。瞬變過程一直持續(xù)到接近達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前，然后進(jìn)入熱穩(wěn)定狀態(tài)。重質(zhì)的建筑構(gòu)件需要較長時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)量時(shí)間包括足夠數(shù)量的測量周期，以獲得所要求精度的試驗(yàn)結(jié)果。測量可按以下方式進(jìn)行：計(jì)量期限至少需要三個(gè)小時(shí)，熱流值及溫度讀數(shù)在此測量期有三個(gè)周期內(nèi)是均勻分布的，取三個(gè)計(jì)量期的熱流和溫度平均值，然后根據(jù)這些平均值算出此計(jì)量期內(nèi)的熱阻，并和前面的測量期內(nèi)熱阻值相比較。如果有兩個(gè)測量期內(nèi)的熱阻值相差小于2%，則此檢測就告結(jié)束，而熱阻就按兩次測量期的平均值計(jì)算。因此，一個(gè)完整的測量期至少需要6個(gè)小時(shí)。

四、現(xiàn)場熱工性能檢測設(shè)備及注意事項(xiàng)

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(diǎn)支架、防輻射膜、標(biāo)準(zhǔn)氣象百葉箱。軟件分為數(shù)據(jù)采集軟件和動(dòng)態(tài)計(jì)算分析軟件?，F(xiàn)場建筑門窗動(dòng)風(fēng)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(jī)、傳感器、壓力箱面板、主機(jī)箱、風(fēng)壓管路、淋水裝置等輔助材料。軟件部分包括門窗三性現(xiàn)場設(shè)備的自動(dòng)控制、檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等功能。

2.在現(xiàn)場熱工性能檢測中主要要注意以下幾點(diǎn)：

（一）測試位置的選擇，應(yīng)選擇有代表性的位置進(jìn)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(diǎn)位置應(yīng)選擇能代表所測構(gòu)件的位置，不應(yīng)靠近門窗、熱橋、裂縫和有空氣滲漏的部位，不應(yīng)受加熱和制冷電器的直接影響。

（二）構(gòu)件表面溫度傳感器及安裝，屋頂、墻體、樓板每個(gè)測試位置內(nèi)外表面溫度測點(diǎn)各不得少于3個(gè)，同時(shí)也不應(yīng)靠近門窗、熱橋、裂縫和有空氣滲漏的部位，不應(yīng)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(yīng)與被測表面緊密接觸，以真實(shí)反映被測表面的溫度，一般可采用強(qiáng)力膠帶（筆者現(xiàn)場采用的是鋁鉑紙）將其粘結(jié)在被測表面，如有松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)固定好后加以強(qiáng)力大面積貼膜紙使傳感器表面的輻射系數(shù)與被測構(gòu)件表面的輻射系數(shù)基本相同。

（三）熱流計(jì)及安裝，熱流計(jì)直接安裝在被測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上，熱流計(jì)與被測物體的粘結(jié)由傳感器與被測表面接觸的差別可引起誤差，所以必須細(xì)心認(rèn)真的安裝熱流計(jì)。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(qiáng)力膠帶將其固定。

（四）注意陽光及環(huán)境輻射、熱流計(jì)表面空氣波動(dòng)的影響。熱流計(jì)不得受陽光直射，圍護(hù)結(jié)構(gòu)被測區(qū)域的外表面宜避免雨雪侵襲和陽光直射。可采用在被測構(gòu)件表面貼膜（筆者現(xiàn)場采用的是銀色反光膜）來消除陽光及環(huán)境輻射對檢測數(shù)據(jù)的影響。

（五）熱阻測試及時(shí)間控制，測試在系統(tǒng)正常運(yùn)行后進(jìn)行，測試過程中應(yīng)開啟不間斷電源（UPS）以防止停電而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。自然通風(fēng)狀態(tài)檢測，持續(xù)檢測時(shí)間不應(yīng)少于2d，其中晴好天氣不少于ld，采暖（空調(diào)）均勻升（降）溫過程不少于ld，恒溫過程不少于sd，按時(shí)記錄各點(diǎn)溫度、熱流數(shù)據(jù)。

五、建筑節(jié)能在建筑墻體熱工性能方面的應(yīng)用

目前，在上述的我國西北某地區(qū)，結(jié)合其實(shí)際地理?xiàng)l件和氣候條件，主要的建筑節(jié)能方式有以下幾種：

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

2.外墻內(nèi)保溫，即將保溫措施置于外墻內(nèi)側(cè)，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(shù)早在1998年就被列為國家級工法，目前仍是被廣泛應(yīng)用的外墻保溫技術(shù)。

3.外墻外保溫，即將外墻的外側(cè)進(jìn)行側(cè)粘結(jié)保溫層，并且在保溫層的外面粘貼聚合物砂漿、網(wǎng)格布以及做美觀的裝飾面等方法，例如EPS板與砼一次現(xiàn)澆外墻外保溫系統(tǒng)，在混凝土框剪體系中把聚苯板放于建筑模板內(nèi)，然后在墻體外側(cè)澆筑混凝土，一次成型澆筑復(fù)合墻體。這種方法解決了外掛式外保溫的復(fù)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(shí)要均勻連貫。

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

據(jù)實(shí)地考察，我國該地區(qū)現(xiàn)主要推行的是第三種保溫方法，在外墻的外側(cè)粘貼保溫苯板，厚度為5cm～12cm，這種方法施工工藝簡單，技術(shù)含量低，極易推廣，經(jīng)過數(shù)日的實(shí)驗(yàn)，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(gè)適當(dāng)?shù)呐R界值，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界值，增加壁厚，內(nèi)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(qū)的地理位置，在陽光充足的時(shí)候，可以充分蓄熱，蓄能;當(dāng)?shù)赜糜诮ㄖ纳惩粒▔K狀）的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容較適當(dāng)，可以作為保溫蓄熱材料;考慮日光的直射方向及時(shí)間，考慮建筑物的朝向;根據(jù)有效數(shù)據(jù)可知，墻體外側(cè)與土壤接壤的地方時(shí)整個(gè)墻體耗熱最大的地方，因此要結(jié)合建筑實(shí)際地理位置，加強(qiáng)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(jié)果的影響

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行節(jié)能墻體設(shè)計(jì)時(shí)，需要生產(chǎn)廠家提供熱工參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、傳熱阻等這就需要將產(chǎn)品送到檢測單位進(jìn)行檢測，檢測最重要的就是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，目前檢測方法標(biāo)準(zhǔn)有GBPT13475-92，5建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)的測定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法6。而對于墻體材料制品，我們要把它砌成砌體及構(gòu)件，然后進(jìn)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(jìn)行檢測呢？目前砌塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)未作規(guī)定，而GBPT2542-2003，5砌墻磚試驗(yàn)方法6中作了規(guī)定，可是其規(guī)定是否合理呢？我們認(rèn)為存在很大問題。在進(jìn)行節(jié)能墻體設(shè)計(jì)時(shí)，其熱工性能應(yīng)是在正常使用狀態(tài)下的性能。我們對應(yīng)用不同的砌體材料的建筑，在建成使用幾年后的濕度場應(yīng)有所了解，不同季節(jié)濕度如何變化，使用環(huán)境下濕度一般保持在什么范圍等等。

用該方法檢測，試驗(yàn)前墻體內(nèi)相對濕度都在100%。而燒結(jié)磚在正常使用過程中，夏季是相對濕度與周圍環(huán)境基本一致，在50%～70%左右，不可能達(dá)到100%。對于目前建筑中使用的燒結(jié)頁巖空心磚我們進(jìn)行了對比試驗(yàn)。第一次試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)砌筑后7d進(jìn)行，第二次試驗(yàn)是在第一次試驗(yàn)結(jié)束后，對墻體進(jìn)行烘烤、風(fēng)吹3d后進(jìn)行，第三次試驗(yàn)是在第二次測試結(jié)束后將墻體放置16d后進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)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(shí)墻體內(nèi)的濕度仍然是90%以上，離正常使用相對濕度仍有一段距離?？梢娫摌?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)背離實(shí)際，不可操作。如果我們按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，就無法對廠家、設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)任，無意間將產(chǎn)品的保溫性能降低。我們認(rèn)為應(yīng)積累不同墻體在冬季正常使用狀態(tài)下的濕度范圍的數(shù)據(jù)，了解相對濕度對墻體熱工性能的影響，做到檢測時(shí)，盡可能接近事實(shí)，或者盡可能減小誤差。

七、結(jié)束語

通過對墻體材料熱工性能及其改進(jìn)措施的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前各種條件下，熱工性能的檢測十分重要，有關(guān)人員應(yīng)該從墻體材料運(yùn)用的客觀實(shí)際需求出發(fā)，在比對優(yōu)勢因素的同時(shí)，制定最為優(yōu)化可行的相對應(yīng)改進(jìn)措施。

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