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2018
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行業(yè)資訊 ｜預制混凝土夾心保溫外墻板熱橋影響解讀（二）
作者：
（2）夾心保溫外墻板的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)熱箱測試結果對比
此試驗研究中，1 # ~4 # 測試墻板的混凝土和保溫厚度均一致，只是使用的保溫拉接件形式不同，也就是所形成的熱橋與差別，通過測試結果可以對比反映不同的拉結件所形成的熱橋損失，由于美國使用o F 和 ft 、Btu作為溫度和尺寸、熱量單位，為了方便國內讀者參考，根據(jù)其試驗檢測結果，翻譯和換算結果摘錄如下表3（1h.f t2 . o F/Btu=0.1761m 2 .K/W）。
在數(shù)據(jù)中，我們假定采用 GFRP 保溫拉結件的1# 墻板熱阻值為 100%；2# 墻板采用了碳鋼拉接件，導致墻板熱阻下降 25%；3# 墻板采用混凝土肋穿過保溫，導致墻板熱阻下降40%；4# 墻板同時采用碳鋼金屬拉結件和混凝土肋穿過保溫，導致墻板的熱阻下降 50%。
從以上試驗檢測結果可以看出，金屬拉結件和混凝土穿過保溫板時，雖然所形成的熱橋面積只有墻板面積的0.025%~0.26%，也會導致墻板的熱工性能下降25%~50%，墻板的熱阻值就是人們花錢所購買得到的保溫隔熱性能，如果保溫拉接件設計有問題，一旦形成了熱橋就會極大地降低墻板熱工性能，不但損失了投資成本，還會造成長期的能源浪費，因此，在進行建筑節(jié)能設計時，不能夠忽視熱橋的影響。
4. 夾心保溫外墻熱橋損失對節(jié)能設計的影響分析
通過前面兩個檢測報告的對比以及美國對夾心保溫外墻板熱橋試驗研究的報告可以看出，熱橋的存在會導致墻板熱工性能指標下降，為了滿足正常的建筑節(jié)能要求，在對夾心保溫外墻板設計時，應該注意哪些問題？
首先，應該重視保溫拉接件的選型。根據(jù)常識，金屬材料具有較高的導熱性能，應該盡量選用導熱系數(shù)較低的 GFRP 保溫拉接件，有利于徹底消除熱橋。
如果采用金屬材質制作的保溫拉接件，應盡量選用導熱系數(shù)較低的不銹鋼材料，可以比普通碳鋼減少1/2~2/3 左右的熱橋損失。
其次，陽臺和空調板由于受力要求，鋼筋和混凝土往往要穿過夾心保溫外墻，也會形成較大的熱橋，當室內外溫差較大時，甚至會引起局部冷凝結露或墻體發(fā)霉，應該采取措施進行治理。通過以上分析，只要有不到 3%的墻板保溫缺失，形成的內外混凝土聯(lián)通，就會使墻板的保溫性能下降 40%~50%，一般陽臺和空調板的熱橋面積分別占墻板的 6%~7% 和 2% 左右，必須引起重視，應該采取措施避免聯(lián)通橋對墻板的保溫性能影響，如采用哈芬的陽臺斷橋連接器，隔絕陽臺板與室內的熱交換（圖7）。必要時，也可以將空調板改為不銹鋼室外支架，直接掛裝在外葉墻上，既輕便也有利于施工，并節(jié)省造價。
另外，通常門窗洞口部位往往是墻體熱阻的薄弱環(huán)節(jié)，容易形成熱橋。對夾心保溫外墻板的設計，應該用保溫材料完全阻斷內外層混凝土的連接。除了門窗的節(jié)能性達標以外，門窗洞口的構造方法非常重要，夾心保溫外墻板的內外表面溫度不同，因此產(chǎn)生的熱脹冷縮也有差異，應該用保溫層完全隔開，如果在洞口部位把混凝土聯(lián)通，不但會存在嚴重的熱橋，同時也無法避免聯(lián)通橋混凝土的開裂，上海地區(qū)大量三明治外墻曾經(jīng)采用鋼筋混凝土封邊，所出現(xiàn)的問題也證實了這一點，因此設計時應該盡量避免室內外混凝土聯(lián)通。
03采用不同類型拉接件的夾心保溫外墻板熱橋對比計算分析
假設有三個實心山墻的尺寸均為 3600*2800mm，采用“200 厚混凝土內葉墻 +50厚 XPS+50 厚混凝土外葉墻”構造的夾心保溫外墻，如果分別采用Thermomass 截面5*10mm 的 GFRP 保溫拉結件和截面直徑 8mm 不銹鋼保溫拉接件、碳鋼拉結件制作，布置間距均為500*600mm，試分別計算三個墻板的熱阻值和熱橋造成的熱阻值損失率。（導熱系數(shù)取值：混凝土為1.28W/m.K，XPS為0.03W/m.K，GFRP為0.4W/m.K，不銹鋼為17W/m.K，普通碳鋼為 48W/m.K。）
▼（1）GFRP 夾心保溫外墻板的熱工性能指標計算
250 厚混凝土的熱阻為：R 砼 =0.25/1.28=0.195m 2 .K/W
50 厚 XPS 的熱阻為：R XPS =0.05/0.03=1.67m 2 .K/W
外空氣幕熱阻為：R e =0.04m 2 .K/W
內空氣幕熱阻為：R i =0.11m 2 .K/W
總熱阻為：R 總 =R 砼 R XPS +R e +R i =1.67+0.195+0.04+0.11=2.015m 2 .K/W
墻板主體的傳熱系數(shù)為：Kp=1/R 總 =0.49W/m 2 .K
GFRP 拉結件的傳熱系數(shù)為：Kb1=0.4/0.05=8W/m 2 .K
不銹鋼拉接件的傳熱系數(shù)為：Kb1=17/0.05=340W/m 2 .K
普通碳鋼拉接件的傳熱系數(shù)為：Kb1=48/0.05=960W/m 2 .K
（2）計算熱橋損失后的墻板平均傳熱系數(shù)
考慮熱橋損失后的墻板平均傳熱系數(shù)，按照以下公式計
Km=(KpFp+Kb1Fb1 )/( Fp + Fb1)
其中 Fp 和 Fb1 分別為墻板面積和熱橋面積（墻板中的拉結件面積）。
GFRP 拉結件為：3600*2800/(500*600)*5*10=1680mm 2
不銹鋼拉結件為：3600*2800/(500*600)*42*3.14=1688mm 2
經(jīng)計算，GFRP 夾心墻的平均傳熱系數(shù)為：
Km=（0.49*3600*2800+8*1680）/（3600*2800+1680）=0.491W/m 2 .K
熱阻損失率 =（Km-Kp）/Kp=（0.491-0.49）/0.49=0.02%
用 GFRP 做拉結件，熱橋損失為 0.2%，幾乎可以忽略。
不銹鋼拉接件夾心墻的平均傳熱系數(shù)為：
Km=（0.49*3600*2800+340*1688）/（3600*2800+1688）=0.54W/m2.K
熱阻損失率 =（Km-Kp）/Kp=（0.54-0.49）/0.49=10.2%
用不銹鋼做拉結件，熱橋損失為 10.2%，有一定的影響。
碳鋼拉接件夾心墻的平均傳熱系數(shù)為：
Km=（0.49*3600*2800+960*1688）/（3600*2800+1688）=0.65W/m 2 .K
熱阻損失率 =（Km-Kp）/Kp=（0.65-0.49）/0.49=32.6%
用普通碳鋼做拉結件，熱橋損失為32.6%，影響很大。
從以上對比可以看出，用FRP拉結件制作的夾心保溫外墻板，幾乎沒有熱橋損失，采用金屬材料拉結件制作的夾心保溫外墻板，熱橋損失為10~30%左右。
對于不銹鋼拉接件的熱阻值損失率，計算為10.2%，與國外的技術經(jīng)驗基本吻合，而國內試驗檢測卻高達30%，幾乎接近普通碳鋼拉結件的理論計算值，出現(xiàn)了較大的差異，經(jīng)過分析，可能是由于不銹鋼材質不同所致。
04熱橋治理對于建筑節(jié)能的意義
1. 我國建筑外墻的節(jié)能發(fā)展情況
上世紀90年代以前，中國的建筑處于房屋短缺的階段，對于房屋的舒適性和建筑節(jié)能都重視不夠，由于北方地區(qū)冬季普遍需要采暖，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和物質水平的提高，“節(jié)能墻改”工作逐漸提上議事日程，2000 年前后，北方地區(qū)首先提高了外墻保溫標準，制定了節(jié)能 50% 的技術目標，這促進了外墻保溫性能的提高，外墻的外保溫技術得到快速發(fā)展，盡管在外墻防火、外裝飾面開裂、保溫脫落等方面還存在很多的問題，但對于建筑節(jié)能起到了很大的作用，具有顯著的意義。
在一些夏熱冬冷地區(qū)，外墻外保溫和外墻內保溫技術并存，當采用外墻內保溫型式時，陽臺、空調板部位會形成嚴重的冷熱，導致了能量的大量流失，無形中白白浪費了能源。
南方地區(qū)由于不需要采暖，但在夏季需要使用空調，特別是 2000 年以后，新建的建筑幾乎都安裝了空調，多數(shù)以使用電能為主，由于不是采用集中能源供應，外墻的保溫性能不足所導致的能源損失始終沒有引起足夠的關注，每年夏天空調使用高峰期都會發(fā)生拉閘限電停產(chǎn)等情況，近幾年這一現(xiàn)象越來越嚴重。其實在南方地區(qū)，提高外墻的熱阻，也是提升建筑節(jié)能標準的重要手段。
但由于南方地區(qū)多雨和臺風的影響，外墻一般難以采用外保溫的形式，大多數(shù)建筑都是采用外墻內保溫形式，以玻化微珠保溫砂漿為主，雖然 90% 以上使用保溫砂漿的建筑，并不能真正滿足節(jié)能標準的要求，且外墻內側無法釘掛重物，但由于缺乏技術而得不到改變；甚至很多項目交工后，住戶裝修前的第一件事情就是鏟除外墻的內保溫，不但花掉了基建成本，而且沒有得到一點節(jié)能的效果，同時產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，這一現(xiàn)象應該引起重視。
夾心保溫外墻的保溫材料是夾在兩層不燃的混凝土之間，在滿足墻板節(jié)能要求的同時，徹底地避免了火災危險和保溫材料受潮失效，經(jīng)過歐美發(fā)達國家近五十年的實踐，技術已經(jīng)非常成熟，是一種非?？煽康谋毓?jié)能技術，可以適合于我國任何氣候的地區(qū)，也適用于多雨和臺風地區(qū)，詳見深圳市住建局《深圳市 PC 建筑外墻節(jié)能集成技術研究》課題報告，本文不再贅述。
2. 夾心保溫外墻板熱橋治理的意義
隨著國內裝配式建筑的興起，夾心保溫外墻的應用越來越廣泛，這一技術應用成功的關鍵是保溫拉結件的設計、選型，通過前文的對比試驗和計算分析可以發(fā)現(xiàn)，熱橋對于夾心保溫外墻板的熱工性能影響非常大，特別是金屬材料保溫拉接件所形成的熱橋，會使墻板的熱阻損失高達 10%~30%，樓板和陽臺等混凝土聯(lián)通橋形成的熱橋更是高達 40%~50%，使業(yè)主在外墻保溫節(jié)能方面造成巨大的浪費，有必要進行治理。
我國的建筑節(jié)能經(jīng)歷了節(jié)能 30%、節(jié)能 50%、節(jié)能65% 幾個階段，北方地區(qū)已經(jīng)上升到節(jié)能 75% 的標準，每一次標準的提升，都是在前一標準的節(jié)能基礎之上提高了 30% 的要求，如果不重視熱橋的影響，一旦熱橋損失過大，就會使保溫節(jié)能成為自欺欺人的“安慰性計算”，而實際效果卻大打折扣。
南方地區(qū)由于沒有采暖的要求，節(jié)能主要體現(xiàn)在節(jié)省空調的電耗方面，如果外墻存在較大的熱橋，同樣地會大大降低節(jié)能的效果；如果東、西墻體的蓄熱能力較強，由于白天外墻表面的溫度已經(jīng)非常高，即使是在夜晚也還會大量消耗空調能源，因此熱橋治理對于南方地區(qū)同樣重要。
最有效的措施就是盡量避免內外葉墻的鋼筋和混凝土形成聯(lián)通，聯(lián)通材料只能使用導熱系數(shù)較低的高強度材料，才能防止造成熱橋損失，達到較高的熱阻和較低的墻體傳熱系數(shù)，真正地實現(xiàn)節(jié)能目的。
05總結
1. 在夾心保溫外墻板設計時，必須采用有一定強度的結構性材料穿透保溫層時，由于熱橋而產(chǎn)生的熱阻損失率，并不與熱橋面積率成正比，而與穿透材料的導熱系數(shù)關系很大。熱橋的導熱系數(shù)越大，損失率越大，反之則越小。
2. 連接內外葉墻板保溫拉接件宜采用 GFRP 等低導熱系數(shù)的高強度材料制作，所形成的熱橋損失小于 1%，可以忽略不計。
3. 如果采用金屬材料保溫拉結件（不銹鋼、普通碳鋼），即使拉結件總面積達到墻板總面積的0.2%~0.3%時，金屬拉結件熱橋會導致墻板傳熱系數(shù)增大 10%~30%，不容忽視，應該適當加厚保溫厚度。
4. 不銹鋼材料的種類很多，并且化學成分和分子結構的差異會造成導熱系數(shù)變化很大，對用于制作保溫拉結件的不銹鋼材料，應該進行導熱系數(shù)檢測，提供其熱工參數(shù)后方可計算。
5. 如果有鋼筋混凝土穿過夾心保溫外墻板保溫層時，會形成嚴重的熱橋，當熱橋的面積達到墻板面積的3%左右時，將造成墻板熱阻值下降40%~50%，在對夾心保溫外墻板設計時，應對熱橋影響進行分析，經(jīng)計算確定保溫厚度，并進行防結露驗算。
在采用夾心保溫外墻的裝配式建筑中，對于陽臺、空調板的熱橋影響，如果不采用斷橋措施，應該計算熱橋損失。
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