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近年來有學(xué)者對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。徐樂對此保溫系統(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)。
保溫裝飾一體板( 以下簡稱“一體板”) ，是由鋁板、聚氨酯及鋁箔通過熱壓而制成的。一體板的外表面層是經(jīng)輥壓制成制規(guī)定紋理的 0. 5 mm 厚的鋁板，鋁板面層進(jìn)行表面聚酯漆或氟碳漆表面處理。一體板的內(nèi)表面是 0. 06 mm 厚的鋁箔。一體板的保溫芯材為聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料。
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圍的鋁板和鋁箔構(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，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)測試為主，并輔以計(jì)算機(jī)模擬的方法來解決一體板熱阻的求解及保溫性能的優(yōu)化
3 檢測原理及檢測裝置
1 檢測原理
按照 GB /T 13475—2008《絕熱、穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定 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。標(biāo)定熱箱法的原理是: 測定熱箱內(nèi)電加熱器所發(fā)出的通過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)。通過試件的熱量是通過測量熱箱的總輸入功率、經(jīng)過標(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 測試方案
由于一體板之間的連接處存在明顯的熱橋，熱橋部位的熱流會明顯高于一體板的主體部位的熱流，且熱橋部位的溫度也會與主體部位的溫度有差別。因此，是否能準(zhǔn)確測定通過一體板的熱流以及是否能解決一體板表面的平均溫度的測定問題，就成為能否準(zhǔn)確檢測出一體板板保溫系統(tǒng)傳熱系數(shù)或熱阻的關(guān)鍵所在。
1 熱流的準(zhǔn)確測量
由于檢測使用的是標(biāo)定熱箱法，計(jì)量的是經(jīng)標(biāo)定后熱箱的功率，測得的熱流就是通過整個試件的熱流，克服了熱流計(jì)法“以點(diǎn)代面”測熱流的不足之處。所以標(biāo)定熱箱法解決了準(zhǔn)確測定通過一體板熱流的問題。
2 表面平均溫度的準(zhǔn)確測量
在一體板達(dá)到熱平衡時，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點(diǎn)，并且熱橋測點(diǎn)數(shù)和主體部位布置溫度測點(diǎn)數(shù)為 1∶5。這樣就解決了一體板表面平均溫度的準(zhǔn)確測定問題。
5 保溫系統(tǒng)保溫性能的測定
經(jīng)測定，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。
將一體板按照圖 1 的方式連接，經(jīng)標(biāo)定熱箱法測定，保溫系統(tǒng)的總熱阻值為 0. 93 ( m2·K) /W，遠(yuǎn)小于一體板主體部位的熱阻。圖 3 為保溫系統(tǒng)熱側(cè)表面的紅外圖像。由此圖可以看出，一體板連接處存在明顯的熱橋。
使用傳熱分析軟件 PTemp 對一體板保溫系統(tǒng)進(jìn)行傳熱模擬。模擬結(jié)果顯示，保溫系統(tǒng)的總熱阻值為 0. 98 ( m2·K) /W，與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果吻合。圖 4為計(jì)算機(jī)模擬的一體板保溫系統(tǒng)剖面的溫度分布。
6 保溫系統(tǒng)保溫性能的優(yōu)化
由上述檢測結(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 氣密性能對保溫系統(tǒng)性能的影響
為了研究氣密性對石材保溫板保溫系統(tǒng)的影響，做了如下對比實(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，系統(tǒng)的氣密性對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)的保溫性能的測試及優(yōu)化過程，通過數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室測試得到如下結(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)從這兩個方面采取措施來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)的密閉性對其保溫能力有著重要的影響。在施工過程中，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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