改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性能分析

王華

摘 ?????要：合理的建筑外墻外保溫系統(tǒng)可以有效的降低能源消耗、保護(hù)環(huán)境。基于此，設(shè)計了改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)，建立了外墻外保溫系統(tǒng)的計算模型，擬定夏季熱雨和冬季供暖兩種工況，對比分析了改性聚苯板、普通水泥砂漿和?；⒅榛炷寥N不同外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性能。研究結(jié)果表明：改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性優(yōu)于普通水泥砂漿和?；⒅榛炷镣鈮ν獗叵到y(tǒng);在夏天熱雨外部溫度最高時，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比?；⒅榛炷梁推胀ㄋ嗌皾{小約65%，外表面的溫度則要高約27%;在同樣的冬季室內(nèi)外溫差條件下滿足室內(nèi)供暖標(biāo)準(zhǔn)，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量比玻化微珠保溫系統(tǒng)減小73.7%，比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小77.0%。

關(guān) ?鍵 ?詞：外保溫系統(tǒng);改性聚苯板;?；⒅楸厣皾{;普通水泥砂漿

中圖分類號：TQ 178 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）08-1690-05

Abstract： Reasonable external thermal insulation system can effectively reduce energy consumption and protect the environment. Based on this， the external thermal insulation system of modified polystyrene board was designed. The calculation model of external thermal insulation system of modified polystyrene board was established. Under two working conditions in summer and winter， the thermal insulation performance of three different external thermal insulation systems of modified polystyrene board， ordinary cement mortar and vitrified beads concrete were compared and analyzed. The results showed that the external thermal insulation system of modified polystyrene board was superior to the external thermal insulation system of ordinary cement mortar and glass bubbles concrete. When the external temperature was the highest in summer， the internal surface temperature of modified polystyrene board insulation layer was about 65% lower than that of vitrified beads concrete and ordinary cement mortar， and the external surface temperature was about 27% higher. In the same winter indoor and outdoor temperature difference conditions to meet the indoor heating standards， modified polystyrene board exterior wall insulation system energy consumption was 73.7% lower than glass beads insulation system， and was 77.0% lower than the ordinary mortar insulation system.

Key words： External thermal insulation system; Modified polystyrene board; Thermal insulation glazed hollow bead mortar; Conventional cement mortar

隨著科技的不斷進(jìn)步，能源消耗量逐年增大[1]。目前，能源的粗獷式開發(fā)造成了不可再生能源的過度消耗和環(huán)境的惡化[2]，發(fā)展節(jié)能產(chǎn)業(yè)可以有效減小能源的消耗和保護(hù)環(huán)境[3]。建筑節(jié)能是節(jié)能產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，我國每年新增建筑面積17～18 億m3，其中多數(shù)為高耗能建筑，其能耗占總能耗的30%以上[4]。

提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵之一[5]，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻體在采暖能耗中約占總能耗的三分之一，所占比例最大，因此改善墻體的保溫性能是重中之重[6]。綜上所示，本文提出采用改性聚苯板設(shè)計外墻外保溫系統(tǒng)，建立改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的熱力分析模型，在夏季熱雨和冬季供暖兩種工況下，對比分析改性聚苯板、普通水泥砂漿和?；⒅榛炷恋谋靥匦?。本文的研究成果可為建筑節(jié)能材料選取提供理論基礎(chǔ)。

1 ?改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)

改性聚苯板是指對聚苯板進(jìn)行無機(jī)改性處理之后的復(fù)合材料，它具有優(yōu)良的保溫、防火性能。實際工程中一般將其作為保溫層附著在墻體基層外表面上，另外為提高保溫層的使用壽命或美化建筑裝飾，還需在保溫層外設(shè)計抗裂層（熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)+抗裂砂漿）和飾面層（粘結(jié)砂漿+飾面磚），由此構(gòu)成了改性聚苯板外墻外保溫墻體系統(tǒng)，如圖1所示。

2 ?數(shù)值模擬方案設(shè)計

2.1 ?數(shù)值模擬模型

根據(jù)改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的墻體構(gòu)造示意圖，本文采用FLAC3D建立改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的熱力分析模型如圖2所示。熱力分析時，根據(jù)實際環(huán)境氣候條件，對墻體內(nèi)外表面分別施加不同的溫度和熱力交換系數(shù)。

2.2 ?模擬工況

（1）不同環(huán)境氣候條件

根據(jù)墻體的日常工作環(huán)境條件，本文設(shè)計了兩種最不利氣候條件：

1）夏天熱雨條件。墻體內(nèi)溫度設(shè)計為恒溫25 ℃;墻體外表面溫度在上午7點至下午1點由25 ℃逐步提升到75 ℃，下午1點到下午3點為恒溫75℃，下午3點到4點遭遇暴雨由75 ℃降至20 ℃，暴雨后至第2天早上7點設(shè)計為恒溫25 ℃。

2）冬天供暖條件。墻體內(nèi)溫度設(shè)計為恒溫25 ℃;墻體外溫度由凌晨2點至下午2點由-15 ℃逐步提升到-5 ℃，下午2點到第2天凌晨2點由-5 ℃又緩慢降至-15 ℃。

（2）不同保溫層材料

為進(jìn)一步研究改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性能，本文對比設(shè)計了另外2種墻體構(gòu)造條件，第1種是將改性聚苯板保溫層替換為?；⒅榛炷?，另1種是將改性聚苯板保溫層替換為普通水泥砂漿。墻體不同構(gòu)造層材料的熱力參數(shù)如表1所示。

Fig.3 Temperature variation curve of each structural layer of modified polystyrene board exterior insulation system under hot rain

上午7點到下午2點這段時間，夏天太陽直照外面飾面層，導(dǎo)致飾面層外表面溫度隨時間急劇升高。同時，因抗裂層和飾面層導(dǎo)熱系數(shù)較高，改性聚苯板保溫層外表面和抗裂層外表面的溫度也隨時間與飾面層外表面溫度變化保持同步增長。但有一點需要說明的是，這段時間內(nèi)聚苯板的高度阻熱性能起到了非常好的效果，其內(nèi)表面溫度僅升高了3.2 ℃，是其外表面溫度變化幅度的7%，有效阻隔了墻體基層的熱量傳遞。當(dāng)暴雨來臨時，抗裂層和飾面層溫度急劇下降至20 ℃，而保溫層和墻體基層溫度下降則相對有個滯后的過程。最終，夜晚來臨，墻體各構(gòu)造層溫度則基本都保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖4是夏天室內(nèi)外溫度差最大時墻體在不同保溫層構(gòu)造下的溫度分布圖。當(dāng)保溫層為改性聚苯板材料時，墻體外表面的溫度最高而內(nèi)表面的溫度最低，即此時，墻體的內(nèi)外溫差最大。同時，在保溫層位置，其墻體的溫度集中程度也要遠(yuǎn)高于?；⒅榛炷帘貙右约捌胀ㄋ嗌皾{情況。結(jié)合表2可知，夏天熱雨情況下，當(dāng)保溫層為改性聚苯板時，墻體基層內(nèi)表面的最高溫度為28.4 ℃，是?；⒅楸貙忧闆r的67.8%，是普通砂漿保溫層情況的63.6%;而飾面層外表面最高溫度為72.3 ℃，是?；⒅楸貙忧闆r的119.5%，是普通砂漿保溫層情況的123.4%。這意味著夏天熱雨最不利情況下，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量要比?；⒅楸叵到y(tǒng)減小81.3%，要比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小83.6%。夏天熱雨情況時，不同保溫層構(gòu)造下墻體保溫層內(nèi)外表面的溫度變化曲線如圖5所示。由圖可知，不同保溫層構(gòu)造下保溫層內(nèi)外表面溫度隨熱雨循環(huán)時間的變化規(guī)律基本都保持一致。但改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度始終都要小于玻化微珠混凝土和水泥砂漿;而外表面溫度則在暴雨前大于?；⒅榛炷梁退嗌皾{，暴雨后反而要小于?；⒅榛炷梁退嗌啊．?dāng)室外溫度最高時，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比?；⒅榛炷梁推胀ㄋ嗌皾{小約65%，外表面的溫度則要高約27%。

3.2 ?冬天供暖情況

圖6所示為冬天供暖情況下改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)各構(gòu)造層的溫度變化曲線。

可以看出，墻體基層內(nèi)外表面溫度均隨供暖時間的增長，其溫度逐漸升高并趨于定值;而保溫層、抗裂層和飾面層外表面溫度則隨室外溫度變化呈現(xiàn)周期性的同步變化規(guī)律。由此可見，改性聚苯板保溫層的存在隔絕了冬天外界溫度變化對室內(nèi)溫度的影響，起到了良好的隔熱保溫效果。

圖7和表3給出了不同保溫層構(gòu)造下墻體溫度的分布和變化情況。同一室內(nèi)外溫差情況下，保溫層為改性聚苯板的墻體內(nèi)外表面溫差最大，?；⒅榛炷链沃?，普通水泥砂漿最小。當(dāng)室內(nèi)外溫差最大時，保溫層為改性聚苯板的墻體內(nèi)外表面溫度分別為21.4、-13.5 ℃;保溫層為?；⒅榛炷恋膲w內(nèi)外表面溫度為13.9、-9.3 ℃;保溫層為普通水泥砂漿的墻體內(nèi)外表面溫度則為13.0、-8.5 ℃。此時，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量比?；⒅楸叵到y(tǒng)減小73.7%，比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小77.0%。

冬天供暖情況時，不同保溫層構(gòu)造下墻體保溫層內(nèi)外表面的溫度變化曲線如圖8所示。當(dāng)保溫層材料為改性聚苯板時，保溫層內(nèi)表面溫度則隨供暖時間增長而逐漸增大;而當(dāng)保溫層材料為玻化微珠混凝土和普通水泥砂漿時，保溫層內(nèi)表面溫度則隨室外溫度變化出現(xiàn)周期性的起伏變化，但玻化微珠混凝土的變化幅度要略小。對于保溫層外表面溫度，不同的保溫材料，其均出現(xiàn)相同的周期起伏變化規(guī)律，但改性聚苯板的變化幅度要大于?；⒅榛炷粒笥谄胀ㄋ嗌皾{。當(dāng)室外溫度最低時，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比玻化微珠混凝土和普通水泥砂漿大約18 ℃，外表面的溫度則小約7 ℃。可見，改性聚苯板的使用對于提高墻體的隔熱保溫性能具有重大的作用。

4 ?結(jié) 論

本文提出了采用改性聚苯板設(shè)計外墻外保溫系統(tǒng)，建立了改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的熱力分析模型，在夏季熱雨和冬季供暖兩種工況下，對比分析了改性聚苯板、普通水泥砂漿和?；⒅榛炷恋谋靥匦裕饕Y(jié)論如下：

（1）在夏季熱雨工況下，聚苯板的高度阻熱性能起到了非常好保溫效果，其內(nèi)表面溫度變化僅為其外表面溫度變化的7%，有效阻隔了墻體基層的熱量傳遞。

（2）夏天熱雨外部溫度最高時，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比?；⒅榛炷梁推胀ㄋ嗌皾{小約65%，外表面的溫度則要高約27%，這表明聚苯板的保溫效果優(yōu)于玻化微珠混凝土和普通水泥砂漿。

（3）在冬季供暖工況下，保溫層、抗裂層和飾面層外表面溫度則隨室外溫度變化而同步變化。而墻體基層內(nèi)外表面溫度均隨供暖時間的增長而逐漸升高并趨于定值。由此可見，改性聚苯板保溫層的存在起到了良好的隔熱保溫效果。

（4）在同樣的冬季室內(nèi)外溫差條件下滿足室內(nèi)供暖標(biāo)準(zhǔn)，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量比?；⒅楸叵到y(tǒng)減小73.7%，比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小77.0%。

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