石材保温一体板外墙保温系统保温性能研究

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自20世纪80年代起至今，我国陆续颁布并实施了一系列建筑节能设计尺度，尺度涵盖了居住建筑及公共建筑。随着节能要求的不停提高，建筑节能设计尺度对围护结构的热工性能要求也不停提升。作为围护结构的重要组成部门，外墙的热工性能提高对建筑节能的孝敬至关重要。集保温与装饰于一体的干挂式外墙保温装饰一体板保温系统，由于具有装饰效果美观、施工效率高、维护成本低、完全干式施工等优点，近年来越来越多地应用于种种建筑的外墙保温中。如何有效确保及改善其保温性能，是应用此种保温体系时需要考虑的问题。

近年来有学者对保温装饰一体板外墙保温系统性能进行了多方面的研究。徐乐对此保温系统的质料性能要求进行了研究，提出了保温系统和主要质料的性能的具体参数要求，并提出了设计及施工中的注意事项。

1)麻建锁等人对玻化微珠－莫来石保温装饰一体板进行了研究，找出了保温质料内水泥、玻化微珠、胶粉的合适配比。

2)王明英等人对硫氧镁保温装饰一体板内改性硫氧镁胶凝质料与保温质料的粘结强度等问题进行了研究，并提出了该一体板的生产工艺技术尺度。

3)上述研究均为对一体板保温系统的质料性能( 包罗热工性能) 进行的研究。而针对一体板保温系统结构性热桥和系统气密性对保温性能影响的研究，未见有果然发表的研究结果。

1 石材保温一体板外墙保温系统概述

本文所研究的保温装饰一体板外墙保温系统，是将保温装饰板用复合质料龙骨牢固在建筑外墙面上，形成的由保温板、空气间层、建筑物基墙组成的外保温系统。

保温装饰一体板( 以下简称“一体板”) ，是由铝板、聚氨酯及铝箔通过热压而制成的。一体板的外外貌层是经辊压制成制规定纹理的 0. 5 mm 厚的铝板，铝板面层进行外貌聚酯漆或氟碳漆外貌处置。一体板的内外貌是 0. 06 mm 厚的铝箔。一体板的保温芯材为聚氨酯硬质泡沫塑料。

2 研究中遇到的技术难题及解决方案

一体板是由保温质料和包裹其周围的铝板和铝箔组成，平行于热流偏向的铝板处形成了明显的热桥，此结构属于非匀质复合围护结构。GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》中规定了有两种以上质料组成的、二( 三) 向非匀质围护结构热阻的计算要领。对于二( 三) 向非匀质围护结构，当相邻部门的热阻比值小于即是 1. 5 时，上述规范给出了热阻值的解析解———凭据“面积加权法”计算热阻。解析解形式简单，便于手工计算，然而这种“面积加权法”热阻计算要领并不适合本文所研究的一体板热阻计算。一体板中铝板、铝箔和保温层热阻差异巨大，如凭据“面积加权法”计算一体板热阻，则会与实际值发生较大的偏差。为解决“面积加权法”的不足，GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》，对于相邻部门的热阻比值大于 1. 5 的非匀质复合围护结构热阻的计算要领做了另行规定。该规定需通过计算机数值模拟的措施，计算出围护结构的传热系数，进而计算出其热阻。

［1］解决传热问题通常使用 3 种要领: 解析法、数值法、实验法。由上述分析可知，对于本文研究的一体保温板的热阻值已不能凭据“面积加权法”得到解析解，只能通过计算机数值模拟的要领或实验的要领进

行研究。笔者就以实验测试为主，并辅以计算机模拟的要领来解决一体板热阻的求解及保温性能的优化

3 检测原理及检测装置

1 检测原理

凭据 GB /T 13475—2008《绝热、稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》所规定的标定热箱法进行检测。标定热箱法的原理是: 测定热箱内电加热器所发出的通过试件的热量及试件冷、热外貌的平均温度差，计算出试件的热阻及传热系数。通过试件的热量是通过丈量热箱的总输入功率、经过标定的箱壁热损失和侧面迂回热损失而得到的［5］。试件的传热系数凭据式( 1) 得出:

4 测试方案

由于一体板之间的连接处存在明显的热桥，热桥部位的热流会明显高于一体板的主体部位的热流，且热桥部位的温度也会与主体部位的温度有差异。因此，是否能准确测定通过一体板的热流以及是否能解决一体板外貌的平均温度的测定问题，就成为能否准确检测出一体板板保温系统传热系数或热阻的要害所在。

［1］热流的准确丈量

由于检测使用的是标定热箱法，计量的是经标定后热箱的功率，测得的热流就是通过整个试件的热流，克服了热流计法“以点代面”测热流的不足之处。所以标定热箱法解决了准确测定通过一体板热流的问题。

［2］外貌平均温度的准确丈量

在一体板到达热平衡时，用红外热像仪拍摄一体板试件的红外热像图。凭据红外热像图的温度漫衍，确定热桥的影响区域，部署外貌温度测点。例如，凭据所拍摄到的红外热像图，如果热桥区域与主体区域的面积比例为 1∶5，那么我们就分别在热桥部位和主体部位部署温度测点，而且热桥测点数和主体部位部署温度测点数为 1∶5。这样就解决了一体板外貌平均温度的准确测定问题。

5 保温系统保温性能的测定

经测定，保温一体板内的聚氨酯导热系数 0. 021 W/( m·K) 。因此，40 mm 厚一体板主体部位的热阻应为 1. 90 ( m2·K) /W。

将一体板凭据图 1 的方式连接，经标定热箱法测定，保温系统的总热阻值为 0. 93 ( m2·K) /W，远小于一体板主体部位的热阻。图 3 为保温系统热侧外貌的红外图像。由此图可以看出，一体板连接处存在明显的热桥。

使用传热分析软件 PTemp 对一体板保温系统进行传热模拟。模拟结果显示，保温系统的总热阻值为 0. 98 ( m2·K) /W，与实验测试结果吻合。图 4为计算机模拟的一体板保温系统剖面的温度漫衍。

6 保温系统保温性能的优化

由上述检测结果可知，热桥的存在使得一体板保温系统的热阻值大大降低。为了削弱热桥对石材保温一体板保温系统保温性能的影响，兼顾到不改变一体板的生产工艺和方便其施工安装这一原则，提出以下优化措施:

1) 断开一体板内外貌铝箔和铝板的连接，或者用其他导热系数小的质料取代铝箔;

2) 在一体板板内侧铝板与建筑物基墙之间的空气间层内添加 60 mm × 25 mm( 宽 × 厚) 的保温质料条，以减小热桥的影响。

接纳上述革新措施后，再次测得一体板保温体系的总热阻值为 1. 72 ( m2·K) /W，传热系数为0. 58W / ( m2·K) 。革新后热阻值较革新前增加 86% ，保温性能有大幅度提升。革新后的保温系统热侧外貌的红外图像如图 7 所示。

对比图 2 及图 7，可以看出革新后热桥的影响范围及影响水平明显减弱。

7 气密性能对保温系统性能的影响

为了研究气密性对石材保温板保温系统的影响，做了如下对比实验: 把试件与试件架之间的密封质料撤去，留出约莫 5 mm 宽的漏洞，使一体板与基墙之间的空腔里的空气能通过此漏洞与冷箱的空气相通，其余实验条件与第 5 节完全一致。用此工况模拟由于现场施工不妥等原因，导致保温系统气密性得不到保障的情况。测得保温系统的总热阻值为0. 61 ( m2·K) /W。保温系统总热阻降低 34% 。由此可见，系统的气密性对一体板保温体系的保温性能有较大的影响。

8 结论

本文介绍了石材保温一体板外墙保温系统的保温性能的测试及优化过程，通过数值模拟、实验室测试得到如下结论:

1) 影响保温装饰一体板外墙保温系统保温能力的 2 个最主要因素为: a) 一体板的保温性能; b)一体板保温系统的密闭性能。应从这两个方面接纳措施来提高一体板保温系统的保温能力;

2) 为了提高保温装饰一体板外墙保温系统的保温能力，笔者提出了保温装饰一体板的革新措施:a) 断开一体板内外貌铝箔和铝板的连接，或者用其他导热系数小的质料取代铝箔; b) 在一体板内侧铝板与建筑物基墙之间的空气间层内添加 60 mm × 25mm( 宽 × 厚) 的保温条，以减小热桥的影响。革新后的保温系统总热阻与革新前相比，总热阻增加86. 2% 。

3) 一体板保温系统的密闭性对其保温能力有着重要的影响。在施工过程中，应高度重视一体板、横向龙骨与基墙连接的严密性。

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