自20世紀(jì)80年代起至今，我國(guó)陸續(xù)頒布并實(shí)施了一系列建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了居住建筑及公共建筑。隨著節(jié)能要求的不斷提高，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能要求也不斷提升。作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，外墻的熱工性能提高對(duì)建筑節(jié)能的貢獻(xiàn)至關(guān)重要。集保溫與裝飾于一體的干掛式外墻保溫裝飾一體板保溫系統(tǒng)，由于具有裝飾效果美觀、施工效率高、維護(hù)成本低、完全干式施工等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越多地應(yīng)用于各類(lèi)建筑的外墻保溫中。如何有效確保及改善其保溫性能，是應(yīng)用此種保溫體系時(shí)需要考慮的問(wèn)題。
近年來(lái)有學(xué)者對(duì)保溫裝飾一體板外墻保溫系統(tǒng)性能進(jìn)行了多方面的研究。徐樂(lè)對(duì)此保溫系統(tǒng)的材料性能要求進(jìn)行了研究，提出了保溫系統(tǒng)和主要材料的性能的具體參數(shù)要求，并提出了設(shè)計(jì)及施工中的注意事項(xiàng)。
1 石材保溫一體板外墻保溫系統(tǒng)概述
本文所研究的保溫裝飾一體板外墻保溫系統(tǒng)，是將保溫裝飾板用復(fù)合材料龍骨固定在建筑外墻面上，形成的由保溫板、空氣間層、建筑物基墻組成的外保溫系統(tǒng)。
2 研究中遇到的技術(shù)難題及解決方案
一體板是由保溫材料和包裹其周?chē)匿X板和鋁箔構(gòu)成，平行于熱流方向的鋁板處形成了明顯的熱橋，此結(jié)構(gòu)屬于非勻質(zhì)復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定了有兩種以上材料組成的、二( 三) 向非勻質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的計(jì)算方法。對(duì)于二( 三) 向非勻質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)相鄰部分的熱阻比值小于等于 1. 5 時(shí)，上述規(guī)范給出了熱阻值的解析解———按照“面積加權(quán)法”計(jì)算熱阻。解析解形式簡(jiǎn)單，便于手工計(jì)算，然而這種“面積加權(quán)法”熱阻計(jì)算方法并不適合本文所研究的一體板熱阻計(jì)算。一體板中鋁板、鋁箔和保溫層熱阻差異巨大，如按照“面積加權(quán)法”計(jì)算一體板熱阻，則會(huì)與實(shí)際值產(chǎn)生較大的偏差。為解決“面積加權(quán)法”的不足，GB 50176—2016《民 用 建 筑 熱 工 設(shè) 計(jì) 規(guī)范》，對(duì)于相鄰部分的熱阻比值大于 1. 5 的非勻質(zhì)復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的計(jì)算方法做了另行規(guī)定。該規(guī)定需通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的辦法，計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出其熱阻。
解決傳熱問(wèn)題通常使用 3 種方法: 解析法、數(shù)值法、實(shí)驗(yàn)法。由上述分析可知，對(duì)于本文研究的一體保溫板的熱阻值已不能按照“面積加權(quán)法”得到解析解，只能通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法或?qū)嶒?yàn)的方法進(jìn)行研究。筆者就以實(shí)驗(yàn)測(cè)試為主，并輔以計(jì)算機(jī)模擬的方法來(lái)解決一體板熱阻的求解及保溫性能的優(yōu)化
3 檢測(cè)原理及檢測(cè)裝置
1 檢測(cè)原理
按照 GB /T 13475—2008《絕熱、穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定 標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》所規(guī)定的標(biāo)定熱箱法進(jìn)行檢測(cè)。標(biāo)定熱箱法的原理是: 測(cè)定熱箱內(nèi)電加熱器所發(fā)出的通過(guò)試件的熱量及試件冷、熱表面的平均溫度差，計(jì)算出試件的熱阻及傳熱系數(shù)。通過(guò)試件的熱量是通過(guò)測(cè)量熱箱的總輸入功率、經(jīng)過(guò)標(biāo)定的箱壁熱損失和側(cè)面迂回?zé)釗p失而得到的［5］。試件的傳熱系數(shù)按照式( 1) 得出:
4 測(cè)試方案
1 熱流的準(zhǔn)確測(cè)量
由于檢測(cè)使用的是標(biāo)定熱箱法，計(jì)量的是經(jīng)標(biāo)定后熱箱的功率，測(cè)得的熱流就是通過(guò)整個(gè)試件的熱流，克服了熱流計(jì)法“以點(diǎn)代面”測(cè)熱流的不足之處。所以標(biāo)定熱箱法解決了準(zhǔn)確測(cè)定通過(guò)一體板熱流的問(wèn)題。
2 表面平均溫度的準(zhǔn)確測(cè)量
在一體板達(dá)到熱平衡時(shí)，用紅外熱像儀拍攝一體板試件的紅外熱像圖。根據(jù)紅外熱像圖的溫度分布，確定熱橋的影響區(qū)域，布置表面溫度測(cè)點(diǎn)。例如，根據(jù)所拍攝到的紅外熱像圖，如果熱橋區(qū)域與主體區(qū)域的面積比例為 1∶5，那么我們就分別在熱橋部位和主體部位布置溫度測(cè)點(diǎn)，并且熱橋測(cè)點(diǎn)數(shù)和主體部位布置溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)為 1∶5。這樣就解決了一體板表面平均溫度的準(zhǔn)確測(cè)定問(wèn)題。
5 保溫系統(tǒng)保溫性能的測(cè)定
經(jīng)測(cè)定，保溫一體板內(nèi)的聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù) 0. 021 W/( m·K) 。因此，40 mm 厚一體板主體部位的熱阻應(yīng)為 1. 90 ( m2·K) /W。
6 保溫系統(tǒng)保溫性能的優(yōu)化
由上述檢測(cè)結(jié)果可知，熱橋的存在使得一體板保溫系統(tǒng)的熱阻值大大降低。為了削弱熱橋?qū)κ谋匾惑w板保溫系統(tǒng)保溫性能的影響，兼顧到不改變一體板的生產(chǎn)工藝和方便其施工安裝這一原則，提出以下優(yōu)化措施:
1) 斷開(kāi)一體板內(nèi)表面鋁箔和鋁板的連接，或者用其他導(dǎo)熱系數(shù)小的材料代替鋁箔;
2) 在一體板板內(nèi)側(cè)鋁板與建筑物基墻之間的空氣間層內(nèi)添加 60 mm × 25 mm( 寬 × 厚) 的保溫材料條，以減小熱橋的影響。
采用上述改進(jìn)措施后，再次測(cè)得一體板保溫體系的總熱阻值為 1. 72 ( m2·K) /W，傳熱系數(shù)為0. 58W / ( m2·K) 。改進(jìn)后熱阻值較改進(jìn)前增加 86% ，保溫性能有大幅度提升。改進(jìn)后的保溫系統(tǒng)熱側(cè)表面的紅外圖像如圖 7 所示。
對(duì)比圖 2 及圖 7，可以看出改進(jìn)后熱橋的影響范圍及影響程度明顯減弱。
7 氣密性能對(duì)保溫系統(tǒng)性能的影響
為了研究氣密性對(duì)石材保溫板保溫系統(tǒng)的影響，做了如下對(duì)比實(shí)驗(yàn): 把試件與試件架之間的密封材料撤去，留出大約 5 mm 寬的縫隙，使一體板與基墻之間的空腔里的空氣能通過(guò)此縫隙與冷箱的空氣相通，其余實(shí)驗(yàn)條件與第 5 節(jié)完全一致。用此工況模擬由于現(xiàn)場(chǎng)施工不當(dāng)?shù)仍?，?dǎo)致保溫系統(tǒng)氣密性得不到保障的情況。測(cè)得保溫系統(tǒng)的總熱阻值為0. 61 ( m2·K) /W。保溫系統(tǒng)總熱阻降低 34% 。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)的氣密性對(duì)一體板保溫體系的保溫性能有較大的影響。
8 結(jié) 論
本文介紹了石材保溫一體板外墻保溫系統(tǒng)的保溫性能的測(cè)試及優(yōu)化過(guò)程，通過(guò)數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到如下結(jié)論:
1) 影響保溫裝飾一體板外墻保溫系統(tǒng)保溫能力的 2 個(gè)最主要因素為: a) 一體板的保溫性能; b)一體板保溫系統(tǒng)的密閉性能。應(yīng)從這兩個(gè)方面采取措施來(lái)提高一體板保溫系統(tǒng)的保溫能力;
2) 為了提高保溫裝飾一體板外墻保溫系統(tǒng)的保溫能力，筆者提出了保溫裝飾一體板的改進(jìn)措施:a) 斷開(kāi)一體板內(nèi)表面鋁箔和鋁板的連接，或者用其他導(dǎo)熱系數(shù)小的材料代替鋁箔; b) 在一體板內(nèi)側(cè)鋁板與建筑物基墻之間的空氣間層內(nèi)添加 60 mm × 25mm( 寬 × 厚) 的保溫條，以減小熱橋的影響。改進(jìn)后的保溫系統(tǒng)總熱阻與改進(jìn)前相比，總熱阻增加86. 2% 。
3) 一體板保溫系統(tǒng)的密閉性對(duì)其保溫能力有著重要的影響。在施工過(guò)程中，應(yīng)高度重視一體板、橫向龍骨與基墻連接的嚴(yán)密性。
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