03

2018

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04

行業資訊 ｜預制混凝土夾心保溫外牆闆熱橋影響解讀（二）

作(zuò)者：

（2）夾心保溫外牆闆的穩态和動态熱箱測試結果對比

 

此試驗研究中(zhōng)，1 # ~4 # 測試牆闆的混凝土和保溫厚度均一緻，隻是使用(yòng)的保溫拉接件形式不同，也就是所形成的熱橋與差别，通過測試結果可(kě)以對比反映不同的拉結件所形成的熱橋損失，由于美國(guó)使用(yòng)o F 和 ft 、Btu作(zuò)為(wèi)溫度和尺寸、熱量單位，為(wèi)了方便國(guó)内讀者參考，根據其試驗檢測結果，翻譯和換算結果摘錄如下表3（1h.f t2 . o F/Btu=0.1761m 2 .K/W）。

 

在數據中(zhōng)，我們假定采用(yòng) GFRP 保溫拉結件的1# 牆闆熱阻值為(wèi) 100%；2# 牆闆采用(yòng)了碳鋼拉接件，導緻牆闆熱阻下降 25%；3# 牆闆采用(yòng)混凝土肋穿過保溫，導緻牆闆熱阻下降40%；4# 牆闆同時采用(yòng)碳鋼金屬拉結件和混凝土肋穿過保溫，導緻牆闆的熱阻下降 50%。

從以上試驗檢測結果可(kě)以看出，金屬拉結件和混凝土穿過保溫闆時，雖然所形成的熱橋面積隻有(yǒu)牆闆面積的0.025%~0.26%，也會導緻牆闆的熱工(gōng)性能(néng)下降25%~50%，牆闆的熱阻值就是人們花(huā)錢所購(gòu)買得到的保溫隔熱性能(néng)，如果保溫拉接件設計有(yǒu)問題，一旦形成了熱橋就會極大地降低牆闆熱工(gōng)性能(néng)，不但損失了投資成本，還會造成長(cháng)期的能(néng)源浪費，因此，在進行建築節能(néng)設計時，不能(néng)夠忽視熱橋的影響。

 

4. 夾心保溫外牆熱橋損失對節能(néng)設計的影響分(fēn)析

 

通過前面兩個檢測報告的對比以及美國(guó)對夾心保溫外牆闆熱橋試驗研究的報告可(kě)以看出，熱橋的存在會導緻牆闆熱工(gōng)性能(néng)指标下降，為(wèi)了滿足正常的建築節能(néng)要求，在對夾心保溫外牆闆設計時，應該注意哪些問題？

首先，應該重視保溫拉接件的選型。根據常識，金屬材料具(jù)有(yǒu)較高的導熱性能(néng)，應該盡量選用(yòng)導熱系數較低的 GFRP 保溫拉接件，有(yǒu)利于徹底消除熱橋。

如果采用(yòng)金屬材質(zhì)制作(zuò)的保溫拉接件，應盡量選用(yòng)導熱系數較低的不鏽鋼材料，可(kě)以比普通碳鋼減少1/2~2/3 左右的熱橋損失。

其次，陽台和空調闆由于受力要求，鋼筋和混凝土往往要穿過夾心保溫外牆，也會形成較大的熱橋，當室内外溫差較大時，甚至會引起局部冷凝結露或牆體(tǐ)發黴，應該采取措施進行治理(lǐ)。通過以上分(fēn)析，隻要有(yǒu)不到 3%的牆闆保溫缺失，形成的内外混凝土聯通，就會使牆闆的保溫性能(néng)下降 40%~50%，一般陽台和空調闆的熱橋面積分(fēn)别占牆闆的 6%~7% 和 2% 左右，必須引起重視，應該采取措施避免聯通橋對牆闆的保溫性能(néng)影響，如采用(yòng)哈芬的陽台斷橋連接器，隔絕陽台闆與室内的熱交換（圖7）。必要時，也可(kě)以将空調闆改為(wèi)不鏽鋼室外支架，直接挂裝(zhuāng)在外葉牆上，既輕便也有(yǒu)利于施工(gōng)，并節省造價。

 

另外，通常門窗洞口部位往往是牆體(tǐ)熱阻的薄弱環節，容易形成熱橋。對夾心保溫外牆闆的設計，應該用(yòng)保溫材料完全阻斷内外層混凝土的連接。除了門窗的節能(néng)性達标以外，門窗洞口的構造方法非常重要，夾心保溫外牆闆的内外表面溫度不同，因此産(chǎn)生的熱脹冷縮也有(yǒu)差異，應該用(yòng)保溫層完全隔開，如果在洞口部位把混凝土聯通，不但會存在嚴重的熱橋，同時也無法避免聯通橋混凝土的開裂，上海地區(qū)大量三明治外牆曾經采用(yòng)鋼筋混凝土封邊，所出現的問題也證實了這一點，因此設計時應該盡量避免室内外混凝土聯通。

 

 

03采用(yòng)不同類型拉接件的夾心保溫外牆闆熱橋對比計算分(fēn)析

 

假設有(yǒu)三個實心山(shān)牆的尺寸均為(wèi) 3600*2800mm，采用(yòng)“200 厚混凝土内葉牆 +50厚 XPS+50 厚混凝土外葉牆”構造的夾心保溫外牆，如果分(fēn)别采用(yòng)Thermomass 截面5*10mm 的 GFRP 保溫拉結件和截面直徑 8mm 不鏽鋼保溫拉接件、碳鋼拉結件制作(zuò)，布置間距均為(wèi)500*600mm，試分(fēn)别計算三個牆闆的熱阻值和熱橋造成的熱阻值損失率。（導熱系數取值：混凝土為(wèi)1.28W/m.K，XPS為(wèi)0.03W/m.K，GFRP為(wèi)0.4W/m.K，不鏽鋼為(wèi)17W/m.K，普通碳鋼為(wèi) 48W/m.K。）

▼（1）GFRP 夾心保溫外牆闆的熱工(gōng)性能(néng)指标計算

250 厚混凝土的熱阻為(wèi)：R 砼 =0.25/1.28=0.195m 2 .K/W

50 厚 XPS 的熱阻為(wèi)：R XPS =0.05/0.03=1.67m 2 .K/W

外空氣幕熱阻為(wèi)：R e =0.04m 2 .K/W

内空氣幕熱阻為(wèi)：R i =0.11m 2 .K/W

總熱阻為(wèi)：R 總 =R 砼 R XPS +R e +R i =1.67+0.195+0.04+0.11=2.015m 2 .K/W

牆闆主體(tǐ)的傳熱系數為(wèi)：Kp=1/R 總 =0.49W/m 2 .K

GFRP 拉結件的傳熱系數為(wèi)：Kb1=0.4/0.05=8W/m 2 .K

不鏽鋼拉接件的傳熱系數為(wèi)：Kb1=17/0.05=340W/m 2 .K

普通碳鋼拉接件的傳熱系數為(wèi)：Kb1=48/0.05=960W/m 2 .K

（2）計算熱橋損失後的牆闆平均傳熱系數

考慮熱橋損失後的牆闆平均傳熱系數，按照以下公(gōng)式計

Km=(KpFp+Kb1Fb1 )/( Fp + Fb1)

其中(zhōng) Fp 和 Fb1 分(fēn)别為(wèi)牆闆面積和熱橋面積（牆闆中(zhōng)的拉結件面積）。

GFRP 拉結件為(wèi)：3600*2800/(500*600)*5*10=1680mm 2

不鏽鋼拉結件為(wèi)：3600*2800/(500*600)*42*3.14=1688mm 2

經計算，GFRP 夾心牆的平均傳熱系數為(wèi)：

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(yòng) GFRP 做拉結件，熱橋損失為(wèi) 0.2%，幾乎可(kě)以忽略。

不鏽鋼拉接件夾心牆的平均傳熱系數為(wèi)：

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(yòng)不鏽鋼做拉結件，熱橋損失為(wèi) 10.2%，有(yǒu)一定的影響。

碳鋼拉接件夾心牆的平均傳熱系數為(wèi)：

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(yòng)普通碳鋼做拉結件，熱橋損失為(wèi)32.6%，影響很(hěn)大。

從以上對比可(kě)以看出，用(yòng)FRP拉結件制作(zuò)的夾心保溫外牆闆，幾乎沒有(yǒu)熱橋損失，采用(yòng)金屬材料拉結件制作(zuò)的夾心保溫外牆闆，熱橋損失為(wèi)10~30%左右。

對于不鏽鋼拉接件的熱阻值損失率，計算為(wèi)10.2%，與國(guó)外的技(jì )術經驗基本吻合，而國(guó)内試驗檢測卻高達30%，幾乎接近普通碳鋼拉結件的理(lǐ)論計算值，出現了較大的差異，經過分(fēn)析，可(kě)能(néng)是由于不鏽鋼材質(zhì)不同所緻。

 

04熱橋治理(lǐ)對于建築節能(néng)的意義

 

1. 我國(guó)建築外牆的節能(néng)發展情況

 

上世紀90年代以前，中(zhōng)國(guó)的建築處于房屋短缺的階段，對于房屋的舒适性和建築節能(néng)都重視不夠，由于北方地區(qū)冬季普遍需要采暖，随着經濟的發展和物(wù)質(zhì)水平的提高，“節能(néng)牆改”工(gōng)作(zuò)逐漸提上議事日程，2000 年前後，北方地區(qū)首先提高了外牆保溫标準，制定了節能(néng) 50% 的技(jì )術目标，這促進了外牆保溫性能(néng)的提高，外牆的外保溫技(jì )術得到快速發展，盡管在外牆防火、外裝(zhuāng)飾面開裂、保溫脫落等方面還存在很(hěn)多(duō)的問題，但對于建築節能(néng)起到了很(hěn)大的作(zuò)用(yòng)，具(jù)有(yǒu)顯著的意義。

在一些夏熱冬冷地區(qū)，外牆外保溫和外牆内保溫技(jì )術并存，當采用(yòng)外牆内保溫型式時，陽台、空調闆部位會形成嚴重的冷熱，導緻了能(néng)量的大量流失，無形中(zhōng)白白浪費了能(néng)源。

南方地區(qū)由于不需要采暖，但在夏季需要使用(yòng)空調，特别是 2000 年以後，新(xīn)建的建築幾乎都安(ān)裝(zhuāng)了空調，多(duō)數以使用(yòng)電(diàn)能(néng)為(wèi)主，由于不是采用(yòng)集中(zhōng)能(néng)源供應，外牆的保溫性能(néng)不足所導緻的能(néng)源損失始終沒有(yǒu)引起足夠的關注，每年夏天空調使用(yòng)高峰期都會發生拉閘限電(diàn)停産(chǎn)等情況，近幾年這一現象越來越嚴重。其實在南方地區(qū)，提高外牆的熱阻，也是提升建築節能(néng)标準的重要手段。

但由于南方地區(qū)多(duō)雨和台風的影響，外牆一般難以采用(yòng)外保溫的形式，大多(duō)數建築都是采用(yòng)外牆内保溫形式，以玻化微珠保溫砂漿為(wèi)主，雖然 90% 以上使用(yòng)保溫砂漿的建築，并不能(néng)真正滿足節能(néng)标準的要求，且外牆内側無法釘挂重物(wù)，但由于缺乏技(jì )術而得不到改變；甚至很(hěn)多(duō)項目交工(gōng)後，住戶裝(zhuāng)修前的第一件事情就是鏟除外牆的内保溫，不但花(huā)掉了基建成本，而且沒有(yǒu)得到一點節能(néng)的效果，同時産(chǎn)生了大量的建築垃圾，這一現象應該引起重視。

夾心保溫外牆的保溫材料是夾在兩層不燃的混凝土之間，在滿足牆闆節能(néng)要求的同時，徹底地避免了火災危險和保溫材料受潮失效，經過歐美發達國(guó)家近五十年的實踐，技(jì )術已經非常成熟，是一種非常可(kě)靠的保溫節能(néng)技(jì )術，可(kě)以适合于我國(guó)任何氣候的地區(qū)，也适用(yòng)于多(duō)雨和台風地區(qū)，詳見深圳市住建局《深圳市 PC 建築外牆節能(néng)集成技(jì )術研究》課題報告，本文(wén)不再贅述。

 

2. 夾心保溫外牆闆熱橋治理(lǐ)的意義

 

随着國(guó)内裝(zhuāng)配式建築的興起，夾心保溫外牆的應用(yòng)越來越廣泛，這一技(jì )術應用(yòng)成功的關鍵是保溫拉結件的設計、選型，通過前文(wén)的對比試驗和計算分(fēn)析可(kě)以發現，熱橋對于夾心保溫外牆闆的熱工(gōng)性能(néng)影響非常大，特别是金屬材料保溫拉接件所形成的熱橋，會使牆闆的熱阻損失高達 10%~30%，樓闆和陽台等混凝土聯通橋形成的熱橋更是高達 40%~50%，使業主在外牆保溫節能(néng)方面造成巨大的浪費，有(yǒu)必要進行治理(lǐ)。

我國(guó)的建築節能(néng)經曆了節能(néng) 30%、節能(néng) 50%、節能(néng)65% 幾個階段，北方地區(qū)已經上升到節能(néng) 75% 的标準，每一次标準的提升，都是在前一标準的節能(néng)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，就會使保溫節能(néng)成為(wèi)自欺欺人的“安(ān)慰性計算”，而實際效果卻大打折扣。

南方地區(qū)由于沒有(yǒu)采暖的要求，節能(néng)主要體(tǐ)現在節省空調的電(diàn)耗方面，如果外牆存在較大的熱橋，同樣地會大大降低節能(néng)的效果；如果東、西牆體(tǐ)的蓄熱能(néng)力較強，由于白天外牆表面的溫度已經非常高，即使是在夜晚也還會大量消耗空調能(néng)源，因此熱橋治理(lǐ)對于南方地區(qū)同樣重要。

最有(yǒu)效的措施就是盡量避免内外葉牆的鋼筋和混凝土形成聯通，聯通材料隻能(néng)使用(yòng)導熱系數較低的高強度材料，才能(néng)防止造成熱橋損失，達到較高的熱阻和較低的牆體(tǐ)傳熱系數，真正地實現節能(néng)目的。

 

05總結

 

1. 在夾心保溫外牆闆設計時，必須采用(yòng)有(yǒu)一定強度的結構性材料穿透保溫層時，由于熱橋而産(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關系很(hěn)大。熱橋的導熱系數越大，損失率越大，反之則越小(xiǎo)。

2. 連接内外葉牆闆保溫拉接件宜采用(yòng) GFRP 等低導熱系數的高強度材料制作(zuò)，所形成的熱橋損失小(xiǎo)于 1%，可(kě)以忽略不計。

3. 如果采用(yòng)金屬材料保溫拉結件（不鏽鋼、普通碳鋼），即使拉結件總面積達到牆闆總面積的0.2%~0.3%時，金屬拉結件熱橋會導緻牆闆傳熱系數增大 10%~30%，不容忽視，應該适當加厚保溫厚度。

4. 不鏽鋼材料的種類很(hěn)多(duō)，并且化學(xué)成分(fēn)和分(fēn)子結構的差異會造成導熱系數變化很(hěn)大，對用(yòng)于制作(zuò)保溫拉結件的不鏽鋼材料，應該進行導熱系數檢測，提供其熱工(gōng)參數後方可(kě)計算。

5. 如果有(yǒu)鋼筋混凝土穿過夾心保溫外牆闆保溫層時，會形成嚴重的熱橋，當熱橋的面積達到牆闆面積的3%左右時，将造成牆闆熱阻值下降40%~50%，在對夾心保溫外牆闆設計時，應對熱橋影響進行分(fēn)析，經計算确定保溫厚度，并進行防結露驗算。

在采用(yòng)夾心保溫外牆的裝(zhuāng)配式建築中(zhōng)，對于陽台、空調闆的熱橋影響，如果不采用(yòng)斷橋措施，應該計算熱橋損失。

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