寒冷地區(qū)混凝土裝配式建筑墻體熱工性能分析研究

韓廣成，周 紅（天津建科建筑節(jié)能環(huán)境檢測(cè)有限公司， 天津 300171）

裝配式建筑由于較傳統(tǒng)建筑具有節(jié)省能耗、設(shè)計(jì)安裝效率高、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了國(guó)家的大力支持和推廣[1]。與此同時(shí)，裝配式建筑其拼裝接茬部分無(wú)預(yù)制保溫，容易形成散熱熱橋，因此其墻體的熱工性能不能以傳統(tǒng)的一維無(wú)限大墻體假設(shè)計(jì)算，應(yīng)綜合考慮熱橋的影響[2]。本文通過(guò)模擬軟件計(jì)算的方法，分析寒冷地區(qū)混凝土裝配式建筑墻體熱工性能特點(diǎn)。同時(shí)，針對(duì)裝配式建筑在安裝過(guò)程中容易忽略的建筑部位進(jìn)行綜合分析，為裝配式建筑的施工和驗(yàn)收工作提供參考。

1 計(jì)算原理

在裝配式居住建筑中，常見(jiàn)的熱橋部位大多成線性分布，如墻體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱、圈梁等[3]。從整體來(lái)看，這些建筑熱橋部位通常表現(xiàn)為溫度和熱流密度向一個(gè)方向變化遠(yuǎn)大于另一個(gè)方向。因此，可以將此種熱橋看作是線性的，如此就可以用其垂直于某個(gè)平面（通常是多墻面）的斷面圖和其在該平面上的長(zhǎng)度來(lái)描述這些熱橋部位。由此展開分析，可以進(jìn)而掌握整個(gè)熱橋的熱工狀況[4]。

JGJ 26—2018《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.2 規(guī)定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)的節(jié)能要求。其中， 4.2.3 指出：“外墻的傳熱系數(shù)是指考慮了熱橋影響后計(jì)算得到的平均傳熱系數(shù)。平均傳熱系數(shù)的計(jì)算應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定?！?/p>

一個(gè)單元墻體的平均傳熱系數(shù)可按式（1）計(jì)算。

外墻面典型結(jié)構(gòu)性熱橋如圖 1 所示。

圖 1 外墻面典型結(jié)構(gòu)性熱橋示意圖

線傳熱系數(shù)計(jì)算公式如式（2）所示。

式中：Ψ—熱橋線傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；

2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 混凝土裝配式建筑外墻熱工參數(shù)

本文以天津市某裝配式居住建筑為研究對(duì)象。該建筑采用裝配式鋼架結(jié)構(gòu)，為地上 18 F 住宅樓，無(wú)地下層。首層配電間層高 3.2 m，地上住宅各層層高均為 2.9 m。該混凝土裝配式建筑外墻自室外向室內(nèi)的層次分別為外墻板 50 mm 厚鋼筋混凝土、帶表皮擠塑聚苯板和內(nèi)墻板 200 mm 厚鋼筋混凝土?；炷裂b配式建筑外墻熱工參數(shù)如表1 所示。

表1 混凝土裝配式建筑外墻熱工參數(shù)

2.2 溫度計(jì)算參數(shù)確定

天津市冬季供暖室外設(shè)計(jì)計(jì)算溫度 te=﹣7.0 ℃。天津市冬季室外熱工計(jì)算溫度如表2 所示。依據(jù) GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，天津市冬季室外熱工計(jì)算溫度應(yīng)根據(jù)不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)，按表2 取值。

表2 天津市冬季室外熱工計(jì)算溫度

2.3 外墻面典型熱橋線傳熱系數(shù)計(jì)算

利用某建科院線傳熱系數(shù)計(jì)算軟件 Ptemp 構(gòu)造墻體結(jié)構(gòu)。將各項(xiàng)參數(shù)代入，計(jì)算出外墻熱橋各部分的線傳熱系數(shù)，外窗和墻角的溫度分布和計(jì)算結(jié)果如圖 2 和圖 3 所示。

圖 2 外窗側(cè)口 W—WL(W—WR)

圖 3 墻角 W—C

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以得出在裝配式建筑的各種熱橋結(jié)構(gòu)中線傳熱系數(shù)由大到小依次為擱板、內(nèi)隔墻、樓板 、墻角、女兒墻、外窗。因此，為保證建筑節(jié)能效果，應(yīng)在線傳熱系數(shù)大的結(jié)構(gòu)部位加強(qiáng)保溫做法，同時(shí)在驗(yàn)收過(guò)程中重點(diǎn)核查相關(guān)部位施工質(zhì)量。

2.4 不同朝向墻體綜合傳熱系數(shù)計(jì)算與修正

求得各典型熱橋結(jié)構(gòu)的線傳熱系數(shù)后，其綜合傳熱系數(shù)計(jì)算如（3）所示。同時(shí)根據(jù) JGJ 26—2018《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附錄 B，混凝土裝配式建筑外墻的平均傳熱系數(shù)也可按下式（3）計(jì)算。

式中：φq—混凝土裝配式建筑外墻主斷面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的修正系數(shù)。

該建筑外墻的結(jié)構(gòu)性熱橋傳熱系數(shù)、平均傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)修正系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表3、表4 所示。

表3 混凝土裝配式 80 mm 厚擠塑聚苯板建筑外墻平均傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)層)

表4 混凝土裝配式 80 mm 厚擠塑聚苯板建筑外墻平均傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果(頂層)

由表3、表4 可知，對(duì)裝配式居住建筑綜合傳熱系數(shù)影響的程度由大到小為內(nèi)隔墻、樓板、外墻角、外窗、屋頂。各熱橋傳熱系數(shù)與綜合傳熱的比值如圖 4 所示。

圖 1 試驗(yàn)房及參比房?jī)?nèi)外墻溫度

圖 4 各熱橋傳熱系數(shù)與綜合傳熱的比值

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）裝配式建筑的構(gòu)造中，擱板、內(nèi)隔墻、樓板和墻角的線傳熱系數(shù)較大，而且熱橋的存在增大了建筑物的耗熱量。因此，在設(shè)計(jì)及施工階段應(yīng)充分考慮，采取合理的保溫措施降低其不利影響。

（2）裝配式建筑外墻綜合傳熱系數(shù)的修正系數(shù)均在 1.2 以上。因此，在進(jìn)行建筑熱工性能檢測(cè)時(shí)，應(yīng)在常規(guī)測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)相關(guān)計(jì)算軟件分析結(jié)構(gòu)性熱橋產(chǎn)生的修正系數(shù)，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。