關(guān)于輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻熱工性能的研究

駱禮松 姚斌 零江龍 王亞騰

中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司 貴州 貴陽 550081

引言

由于社會發(fā)展，資源的浪費，建筑能耗占國家能耗指標越來越嚴重，建筑能耗，對于節(jié)約能源至關(guān)重要。

目前，我國在建筑上應(yīng)用的保溫材料品種很多，均有各自的優(yōu)缺點。有機累保溫材料以輕質(zhì)、有機類保溫材料以輕質(zhì)、低導(dǎo)熱系數(shù)、吸水率極低等優(yōu)點占有較大的市場份額，但絕大多數(shù)易燃、易老化、耐久性差；無機類保溫材料雖然安全防火、耐久性好、易施工，但大多數(shù)保溫性能相對較差[2]。

對于傳統(tǒng)保溫系統(tǒng)，易脫離，起鼓、開裂、施工難度大、施工工序復(fù)雜，成本高，對于研究自保溫墻體與自保溫墻體和保溫板組合墻體已經(jīng)成為社會發(fā)展的主流。

輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻外為硅鈣板，為無機材料，燃燒性能A級，表面平整具有飾面材料功能；內(nèi)部填充聚苯顆粒混凝土，燃燒性能B1級，與C型龍骨、硅鈣板、聚苯顆?；炷两M合成保溫一體墻，具有變形系數(shù)小、抗老化、保溫性能穩(wěn)定、生態(tài)環(huán)保、可與建筑物同壽命周期特點。

本文結(jié)合輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻各自優(yōu)勢，計算分析研究輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻不同厚度條件下的傳熱系數(shù)，針對不同熱工分區(qū)，選用不同厚度的要求。

1 不同地區(qū)外墻熱工性能限值

在輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻的傳熱系數(shù)計算中，按照《公共建筑設(shè)計標準》GB50189-2015對不同熱工分區(qū)外墻傳熱系數(shù)限值要求如下：

（1） 嚴寒A、B區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數(shù)≤0.5時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.35W/㎡·K。

（2） 嚴寒C區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數(shù)≤0.5時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.38W/㎡·K。

（3） 寒冷地區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數(shù)≤0.5時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.45W/㎡·K。

（4） 夏熱冬冷地區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.60W/㎡·K。

（5） 夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.80W/㎡·K。

2 計算條件

2.1 輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻(1500×1500×B)

簡介，輕鋼龍骨聚苯顆?；炷翉?fù)合保溫一體墻組成結(jié)構(gòu)；由內(nèi)外各一層10厚的硅鈣板，內(nèi)部為橫向C型輕鋼龍骨，間距為600mm，豎向C型輕鋼龍骨，間距為1000mm，硅鈣板與C型龍骨直接的間距和龍骨直接的區(qū)域內(nèi)填充聚苯顆粒混凝土組成。

圖1 1500×1500×B透視示意圖

2.2 輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土復(fù)合保溫一體墻主要技術(shù)指標要求

硅鈣板：干密度為1050 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.33 W/m·K；聚苯顆?；炷粒焊擅芏葹?00～600 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.08W/m·K[3]；

C型輕鋼龍骨：干密度為7850kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為58.20W/m·K。

3 計算公式

在輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻的傳熱系數(shù)計算中，分為三步進行計算，按照《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176-2016提出一種計算組合復(fù)合材料傳熱系數(shù)的方法。

3.1 勻質(zhì)材料計算公式

其中：R0--單一勻質(zhì)材料熱阻（㎡·K/W）；R--材料層熱阻（㎡·K/W）；δ--材料層厚度（m）；λ--材料層導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）；Re--外表面換熱熱阻（㎡·K/W）；Ri--內(nèi)表面換熱熱阻（㎡·K/W）

3.2 非勻質(zhì)材料計算公式

Re--外表面換熱熱阻（㎡·K/W）

Ri--內(nèi)表面換熱熱阻（㎡·K/W）

fa，fb，fc，·····fn--與熱流平行方向各部分面積占總面積的百分比

Roua，Roub，Rouc，·····Roun--與熱流平行方向各部分的熱阻（㎡·K/W）

Raj，Rbj，Rcj，·····Rnj--與熱流垂直方向第j層各部分的熱阻（㎡·K/W）

3.3 平均傳熱系數(shù)計算公式

Ka，Kb，Kc，·····Kn，--垂直于熱流方向上各部分面積上的傳熱系數(shù)（㎡·K/W）

Sa，Sb，Sc，·····Sn，--垂直于熱流方向上各部分面積(m)

4 針對不同厚度下的計算結(jié)果傳熱系數(shù)圖表如下

?

5 計算結(jié)果分析

通過上述圖表可以看出，厚度的增大，傳熱系數(shù)成遞減形式，厚度增大到一定程度，傳熱系數(shù)會趨于某一個定值。

上述圖表中，對于不同熱工分區(qū)，考慮不同熱工分區(qū)的最不利情況下，可以選用不同對應(yīng)的厚度值，要求如下所示：

（1） 嚴寒A、B區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數(shù)≤0.5時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.35W/㎡·K，外墻的厚度最小值為310mm。

（2） 嚴寒C區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數(shù)≤0.5時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.38W/㎡·K，外墻的厚度最小值為290mm。

（3） 寒冷地區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，0.3＜體形系數(shù)≤0.5時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.45W/㎡·K，外墻的厚度最小值為260mm。

（4） 夏熱冬冷地區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.60W/㎡·K，外墻的厚度最小值為220mm。

（5） 夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)甲類公共建筑在最不利情況下，熱惰性指標D≤0.25時的傳熱系數(shù)的限值K≤0.80W/㎡·K，外墻的厚度最小值為180mm。

但是從上述圖表關(guān)系看，厚度在300mm以上時，繼續(xù)增加聚苯顆?；炷恋暮穸?，傳熱系數(shù)值變化甚微，從造價方面要求考慮，對保溫節(jié)能要求意義不大。

所以針對這一現(xiàn)象，對于某些極端情況下，節(jié)能要求較高的地區(qū)，采用單一的輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復(fù)合一體墻自保溫系統(tǒng)，是不經(jīng)濟的。這種情況下，通過輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復(fù)合一體墻外加保溫板的處理方式進行研究，從經(jīng)濟方面考慮，具有重要意義。

6 研究采用保溫一體墻自保溫系統(tǒng)與采用保溫一體墻和外加保溫系統(tǒng)造價的對比分析

（1）通過造價分析，在滿足節(jié)能要求的同時，嚴寒A、B地區(qū)、嚴寒C地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)采用輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻外加擠塑聚苯板方案，要優(yōu)于采用保溫輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻自保溫系統(tǒng)方案。

（2）通過造價分析，在滿足節(jié)能要求的同時，夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)采用保溫輕鋼龍骨聚苯顆粒混凝土保溫復(fù)合一體墻自保溫系統(tǒng)方案，要優(yōu)于采用輕鋼龍骨聚苯顆?；炷帘貜?fù)合一體墻外加擠塑聚苯板方案。