?；⒅檎w保溫隔熱建筑露點(diǎn)溫度仿真分析

楊卓強(qiáng)，韓智強(qiáng)

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院，山西 太原 030024)

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?；⒅檎w保溫隔熱建筑露點(diǎn)溫度仿真分析

楊卓強(qiáng)，韓智強(qiáng)

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院，山西 太原 030024)

為滿足我國(guó)整體保溫隔熱建筑65%建筑節(jié)能目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)供熱分戶計(jì)量的一種建筑模式，以內(nèi)、外復(fù)合保溫層為基本研究單元，提出內(nèi)、外保溫層厚度分配原則，計(jì)算分析保溫隔熱建筑熱橋部位的露點(diǎn)溫度。結(jié)果表明：?；⒅檎w保溫隔熱建筑的熱橋部位能較好滿足規(guī)范要求，并提出高層建筑在寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒C區(qū)滿足節(jié)能要求的保溫層厚度推薦表，研究結(jié)果可為同類(lèi)建筑保溫設(shè)計(jì)提供參考。

?；⒅楸厣皾{；整體保溫隔熱建筑；導(dǎo)熱系數(shù)；露點(diǎn)溫度

自20世紀(jì)80年代初期，國(guó)內(nèi)大力推行發(fā)展建筑節(jié)能材料，?；⒅楸厣皾{由于其良好的材料性能，在我國(guó)中西部地區(qū)應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該類(lèi)材料都有一定研究。李珠[1]通過(guò)選用引氣劑和復(fù)合纖維等外加劑對(duì)玻化微珠保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究，并使得該類(lèi)砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)降低至0.06 W/(m·K)以下。胡亮[2]分析了玄武巖短纖維對(duì)玻化微珠保溫砂漿相關(guān)性能的影響，并得出該類(lèi)材料的最佳配合比。曾亮[3]對(duì)?；⒅楸厣皾{的性能進(jìn)行了優(yōu)化研究。

1　基本原理

本文主要借鑒西部地區(qū)傳統(tǒng)窯洞的保溫隔熱原理，采取保溫墻體內(nèi)、外相結(jié)合的方式，以單戶或單個(gè)房間為研究對(duì)象，對(duì)房間所有墻壁都采用?；⒅楸厣皾{進(jìn)行整體式保溫隔熱措施。通過(guò)選取防火性能較好的無(wú)機(jī)保溫材料，研究其相應(yīng)的施工方法，將傳統(tǒng)窯洞的保溫隔熱原理應(yīng)用到現(xiàn)代城市建筑中，既可改善室內(nèi)熱環(huán)境，又能達(dá)到節(jié)能降耗之目的，營(yíng)造一個(gè)冬暖夏涼的宜居室內(nèi)環(huán)境。

1.1保溫層的厚度計(jì)算及分配原則

整體保溫隔熱建筑以墻體內(nèi)外保溫層為基本保溫模式，即將保溫層的計(jì)算厚度分割成內(nèi)外兩個(gè)部分，如圖1所示。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50176-93)[4]，通過(guò)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)，可得出保溫層厚度。因此，建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層總厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，內(nèi)、外保溫層的厚度可以自由分配。但在實(shí)際施工時(shí)，外墻厚度直接影響工程總造價(jià)與施工的復(fù)雜性，而內(nèi)墻厚度則影響室內(nèi)的使用面積。因此，本文建議采用?；⒅楸厣皾{層厚代替?zhèn)鹘y(tǒng)室內(nèi)抹灰層厚，由工程經(jīng)驗(yàn)可知，以2cm較為合理，而外保溫層厚應(yīng)取保溫總層厚與內(nèi)保溫層厚度差值。

1.2復(fù)合保溫層熱橋分析

本文以山西某常見(jiàn)9層以上房屋建筑為例，如圖2所示，外墻選取剪力墻位置，剪力墻厚度為200 mm，隔墻采用厚度為100 mm混凝土空心砌塊，并采用玻化微珠保溫砂漿內(nèi)外復(fù)合保溫措施，由規(guī)范[5]可知，太原屬于寒冷A區(qū)，9層以上建筑外墻傳熱系數(shù)限值為0.7。經(jīng)計(jì)算，保溫層厚度采用7 cm時(shí)可滿足設(shè)計(jì)要求，并以外墻5 cm和內(nèi)墻2 cm進(jìn)行分配。

1—基層墻體；2—界面砂漿；3—?；⒅楸厣皾{；4—抗裂砂漿；5—耐堿網(wǎng)布；6—柔性膩?zhàn)樱?—飾面涂料

圖2　內(nèi)外復(fù)合保溫示意圖

通過(guò)內(nèi)外復(fù)合保溫，墻體整體熱阻可以達(dá)到規(guī)范要求，但外墻與內(nèi)隔墻相交部位會(huì)形成熱橋，《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50176-93[4]中4.3.1規(guī)定：圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱橋部位的內(nèi)表面溫度不應(yīng)低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度。因此，需要對(duì)熱橋部位進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50176-93中4.3.3規(guī)定，此類(lèi)熱橋?qū)儆谝?guī)范中第三類(lèi)情況，見(jiàn)圖3，按照目前內(nèi)墻實(shí)際情況考察，其隔墻寬度一般為100～200 mm。因此，α/δ=100/280～200/280=0.36～0.71≤1.5，其熱橋部位內(nèi)表面溫度計(jì)算公式為：

(1)

根據(jù)式(1)可知：

計(jì)算結(jié)果表明，采用內(nèi)外復(fù)合保溫時(shí)，熱橋位置表面溫度高于露點(diǎn)溫度，滿足規(guī)范要求。

2　仿真分析

本文采用PTemp軟件進(jìn)行二維溫度場(chǎng)模擬。PTemp軟件主要以《嚴(yán)寒寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ26-2010)為理論基礎(chǔ)，可模擬數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的溫度節(jié)點(diǎn)的二維空間溫度分布，并獲取所模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度分布、邊界熱流和露點(diǎn)溫度等信息。

根據(jù)內(nèi)外復(fù)合保溫情況，熱橋位置為外墻和內(nèi)隔墻相交部位，外墻保溫層為內(nèi)外復(fù)合，隔墻未做保溫。材料沿厚度自外到內(nèi)(dx方向)分別為：抗裂砂漿、保溫砂漿、鋼筋混凝土(外墻)、保溫砂漿、抗裂砂漿、混凝土空心砌塊(內(nèi)分隔墻)，以dx=5作為基本厚度，代表5mm，以dy=50作為水平寬度，代表50 mm，材料參數(shù)及邊界條件見(jiàn)圖4～圖7。

圖4　抗裂砂漿層材料參數(shù)及邊界條件

圖5　保溫砂漿層材料參數(shù)及邊界條件

圖7　混凝土空心砌塊參數(shù)及邊界條件

根據(jù)材料參數(shù)和邊界條件，進(jìn)行模擬計(jì)算，其中，室外溫度以太原最冷月平均溫度-6.5 ℃取值，其溫度場(chǎng)見(jiàn)圖8。

圖8　溫度場(chǎng)云圖

圖8表明：在熱橋位置，溫度比相鄰保溫層位置有所降低，但其表面溫度要高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度(10.2 ℃)，說(shuō)明模擬計(jì)算結(jié)果和前面計(jì)算結(jié)果相吻合。

本文在研究熱橋問(wèn)題時(shí)，選擇寒冷和嚴(yán)寒(C)區(qū)不同層高的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行厚度計(jì)算及模擬分析，厚度計(jì)算見(jiàn)表1。

表1　不同區(qū)域內(nèi)外復(fù)合厚度選取情況

各種結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)外復(fù)合保溫模擬情況見(jiàn)圖9。

(1)寒冷地區(qū)三層砌體結(jié)構(gòu)　　　　　　　(2)寒冷地區(qū)四到八層砌體結(jié)構(gòu)

(3)嚴(yán)寒C區(qū)三層砌體結(jié)構(gòu)　　　(4)嚴(yán)寒C區(qū)四到八層砌體結(jié)構(gòu)　　　(5)嚴(yán)寒C區(qū)九層以上剪力墻結(jié)構(gòu)

圖9表明:其熱橋位置的表面溫度可以滿足規(guī)范要求。按照整體保溫隔熱建筑對(duì)內(nèi)隔墻的設(shè)計(jì)要求，內(nèi)隔墻應(yīng)設(shè)不大于2 cm的保溫層，因此，整體保溫隔熱建筑的內(nèi)外復(fù)合保溫做法可以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)?；⒅檎w保溫隔熱建筑的基本厚度單元進(jìn)行理論分析和仿真模擬，可得出如下結(jié)論:

(1)整體保溫隔熱建筑內(nèi)外復(fù)合保溫做法，在設(shè)計(jì)時(shí)可遵循傳統(tǒng)外墻保溫層厚的計(jì)算方法。

(2)以內(nèi)、外保溫層相結(jié)合替代單一外保溫層，理論計(jì)算與模擬分析均表明：在熱橋位置，墻體的表面溫度要高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度，結(jié)果較好地滿足《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求。

(3)計(jì)算并得出了寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒C區(qū)65%節(jié)能要求的高層建筑保溫層厚度推薦表，研究結(jié)果可為同類(lèi)建筑保溫設(shè)計(jì)提供參考。

[1]李珠,劉元珍,張澤平.高效節(jié)能?；⒅楸厣皾{[P].中國(guó)專利:CN200610012729.6,2006-10-25.

[2]胡亮,余劍英.玄武巖短纖維對(duì)玻化微珠保溫砂漿性能影響的研究[J].新型建筑材料,2010,37(1):41-43.

[3]曾亮.?；⒅楸厣皾{的性能優(yōu)化與研究[D].南昌：南昌大學(xué),2008.

[4]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50176-93[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1993.

[5]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑設(shè)計(jì)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn):JGJ26-2010[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

Simulation analysis of dew-point temperature for integrated thermal insulation building

YANG Zhuo-qiang，HAN Zhi-qiang

(School of Transportation and Logistics,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China,)

In order to meet the target of 65% of building energy conservation and carry out a construction mode of household heat metering.The dew-point temperature of thermal bridge parts is calculated and analyzed based on inner and outer composite insulating layer.The result shows that the calculation meets the demand of the standard requirements and the recommendation forms of cold plateau zone and Zone C is proposed.The results can give reference to building heat preservation design.

glazed hollow bead mortar;integrated thermal insulation building;thermal conductivity;dew-point temperature

2016-03-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50778118)；太原科技大學(xué)博士啟動(dòng)金項(xiàng)目(20142030)

楊卓強(qiáng)(1973—)，男，山西霍州人，博士，講師。

1674-7046(2016)04-0069-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.04.014

TQ 177.6

A