加氣混凝土夾芯無機保溫外墻板熱工性能探究

1前言

加氣混凝土夾芯無機保溫墻板可作為建筑物的圍護結構，在建筑保溫隔熱方面發(fā)揮著重要作用。此類墻板的制造材料為B05級加氣混凝土、無機巖棉保溫層和鋼筋網片。建筑熱工性能的主要評價指標為傳熱系數，根據其計算方法，材料的導熱系數、厚度、導熱修正系數、層數均可影響傳熱系數。因此，在工程實踐中，需要通過理論計算、數值模擬等方法，確定經濟可行的墻板設計方案。

2工程概況

秦莊棚戶區(qū)改造安置房B區(qū)（M25-01地塊）建設用地面積為 ，總建筑面積約為 ，地上部分和地下部分的建筑面積分別為 ，由11棟高層建筑、1座幼兒園和1個地下車庫組成。該項自中的幼兒園屬于低層建筑，其外墻采用加氣混凝土夾芯無機保溫墻板設計方案。

3加氣混凝土夾芯無機保溫墻板熱工性能 分析

3.1墻板構造方式及制造材料

3.1.1墻板構造方式

墻板主體結構分為三層，包括內葉加氣混凝土板、無機巖棉夾芯保溫層、外葉加氣混凝土板。內葉加氣混凝土板的厚度大于外葉加氣混凝土板，分別設置2層鋼筋網片和1層鋼筋網片，鋼筋網片由縱向鋼筋和橫向鋼作者簡介：吳云飛（1988.07-），男，漢，山東人，本科，研究方向：房建。

筋組成。內、外葉加氣混凝土墻板通過金屬拉結件進行連接，巖棉保溫層位于兩層混凝土墻板之間，

3.1.2墻板主要制造材料

（1）B05級加氣混凝土

墻板主體結構由B05級加氣混凝土預制而成，根據生產企業(yè)提供的信息，原材料包括42.5普通硅酸鹽水泥、石灰、石屑、鋁粉、外加劑、清水。其中，水泥、石灰、石屑的重量配比為110：115：275，水料比設計為0.60，外加劑的添加量為 ，鋁粉的添加量為 混凝土的干體積密度為 ，抗壓強度為 3.02MPa 。

（2）巖棉板

項目中的外墻芯材為無機巖棉板，垂直表面的抗拉強度為 ，壓縮強度為 。作為一種常用的保溫材料，根據相關規(guī)范，在 的條件下，其導熱系數應低于 。

3.2熱工性能評價指標及計算方法

3.2.1熱工性能評價指標

該項目所在地區(qū)屬于夏熱冬冷建筑分區(qū)，即冬季氣溫低、夏季氣溫高，外墻的保溫隔熱效果直接影響建筑能耗水平。加氣混凝土夾芯無機保溫墻板屬于建筑物的圍護結構，決定其熱工性能的關鍵技術指標為墻板的傳熱系數，墻板的保溫隔熱效果與傳熱系數成負相關，傳熱系數越小，熱工性能越好。

3.2.2基于墻板構造方式的評價指標計算方法

（1）均質多層墻體傳熱系數計算方法

加氣混凝土夾芯無機保溫墻板由三層平面板材組成，并且加氣混凝土墻板和巖棉板屬于均質材料，符合均質多層墻體的特點，其傳熱系數與各層材料的導熱系

數、厚度、換熱面積等相關。計算公式如下：

式中：K為外墻平壁部分的傳熱系數，W/ ： 代表圍護結構內表面的換熱系數，W/ ： 。代表圍護結構外表面的換熱系數， W}/（m2·K）a ： 為第i層材料的厚度， 為第i層材料的導熱系數， 為墻體構造層的層數。

（2）外墻單元平均傳熱系數計算方法

參數K僅考慮了外墻的平壁部分，在實際的工況條件下，傳熱系數會受到熱橋的影響。在考慮熱橋的情況下，外墻單元平均傳熱系數的計算方法為式（2）。

式中： 為外墻單元平均傳熱系數，W}/（m2·K）a"；為外墻單元上第j個結構性熱橋的線傳熱系數，W}/（m2·K）a"；為外墻單元上第 j 個結構熱橋的的計算長度， m；A 為外墻單元墻體面積， 。

由于加氣混凝土夾芯無機保溫墻板屬于預制裝配式構件，熱橋結構的數量相對較少，因而可采用簡化的方法（不考慮熱橋的影響）計算參數 ，方法如下。

式中： 為針對第i層平壁材料的修正系數（無量綱）。

3.3墻板熱工性能有限元模擬

3.3.1熱工性能模擬技術路徑

從傳熱系數的理論計算方法可知，影響墻板熱工性能的因素包括材料的導熱系數、導熱的修正系數、材料厚度以及配筋，具體包括加氣混凝土板的厚度、配筋的直徑、無機巖棉夾芯層的厚度。鑒于此，按照圖1所示的技術路徑開展熱工性能模擬。

3.3.2基于穩(wěn)態(tài)傳熱的熱工性能分析（1）墻板模型建立

研究過程運用有限元分析法模擬加氣混凝土夾芯無機保溫外墻板的熱工性能，該墻板的結構為外葉加氣混凝土板、無機巖棉保溫夾芯層、內葉加氣混凝土板，混凝土墻板內設計有鋼筋網片。利用Spaceclaim三維實體建模軟件構建墻板的三維模型，將外葉加氣混凝土板的厚度設置為 50mm ，內葉加氣混凝土板的厚度設置為150，160，170mm 三種規(guī)格，無機巖棉保溫夾芯層的厚度設計為 四種規(guī)格。模型的模擬高度為3000mm ，寬度為 600mm ，通過有限元分析確定最佳的墻板設計方案。外葉加氣混凝土板厚度較小，設置單層鋼筋，內葉混凝土板厚度較大，設置雙層配筋。內、外葉混凝土板通過金屬拉結件進行連接。

（2）模擬條件設置

模型建立之后，將其導人Fluent軟件中，按照表1所示設置模型中各類材料的基本參數，再開展網格劃分。在穩(wěn)態(tài)傳熱模擬中，僅考慮平壁墻板，將室內溫度和室外溫度分別設定為 。

3.3.3配筋對墻板熱工性能的影響分析

導熱性能是影響傳熱系數的重要指標，主要取決于導熱系數和導熱的修正系數。導熱系數是施工材料的特有屬性，加氣混凝土夾芯無機保溫墻板作為建筑圍護結構，應降低導熱系數，以提高保溫隔熱效果。導熱的修正系數用于反映環(huán)境和施工活動對導熱過程的影響。當墻體構造方式確定之后，導熱系數基本不變，但導熱的修正系數存在一定的變數，受到墻體構造方式的影響，以下研究配筋對導熱修正系數的影響。

（1）模型設置

將外葉加氣混凝土墻板設置為 50mm ，巖棉保溫層厚度統(tǒng)一設置為 。內葉加氣混凝土墻板設計為兩種厚度，分別為 150mm，170mm ，模擬雙層鋼筋網片對導熱修正系數的影響。鋼筋網片分為橫縱向鋼筋，直徑分別為 4mm？5mm 及 6mm 。

（2）鋼筋對導熱修正系數模擬結果分析

根據以上模型對傳熱量、當量導熱系數和修正系數進行模擬計算，結果如表3所示。從數據可知：當內葉板加氣混凝土的厚度從 150mm 增至 170mm 時，總傳熱量有所下降；在加氣混凝土墻體內設置鋼筋網片之后，模擬的導熱修正系數略大于規(guī)范要求的修正系數；隨著配筋直徑的增加，模擬的導熱修正系數呈增大趨勢。與規(guī)范要求的修正系數相比，模擬修正系數的增幅非常小，說明配筋對修正系數的影響非常小。

（3）鋼筋對墻板傳熱量的影響

從模擬數據可知，在配筋直徑增大的情況下，相同厚度墻板的傳熱量小幅增加，但整體影響非常小，說明配筋對熱工性能的影響不明顯。

4結論

（1）該墻板的構造方式為外葉加氣混凝土板、無機巖棉保溫層、內葉加氣混凝土板，在混凝土板內設置鋼筋網片。熱工性能的評價指標為傳熱系數，受到材料厚度、材料導熱系數、材料層數、導熱修正系數的影響。

（2）從均質平壁墻板熱工性能模擬結果可知，隨著無機巖棉保溫層厚度和加氣混凝土墻板厚度的增加，傳熱系數呈下降趨勢，熱工性能不斷增強。在此次模擬中，12種墻板設計方案的傳熱系數均低于國家節(jié)能建筑對外墻傳熱系數設置的限值，即 ，說明加氣混凝土夾芯無機保溫墻板具有良好的熱工性能和節(jié)能效果。在保證結構強度和節(jié)能效果的前提下，可適當控制材料厚度和配筋直徑，降低工程造價。

（3）配筋可影響傳熱系數的計算結果，模擬配筋直徑對導熱修正系數和墻板傳熱量的影響，發(fā)現提高配筋直徑，會導致導熱修正系數和墻板傳熱量微弱增加，但整體增幅非常小，不會顯著影響熱工性能。

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