摘 要：對(duì)外墻外保溫體系在長期經(jīng)受熱雨循環(huán)和熱冷循環(huán)下因耐候性不足而破壞的情況進(jìn)行了分析，從外墻外保溫體系與溫度變化的關(guān)系，通過全面分析計(jì)算環(huán)境溫度和太陽輻射強(qiáng)度，分析外保溫墻體和夾芯保溫墻體在各種環(huán)境條件下的溫度場(chǎng)分布，從而明晰這2種墻體的結(jié)構(gòu)層和保溫層在對(duì)應(yīng)環(huán)境下的工作性及耐久性。
　　關(guān)鍵詞：外墻外保溫;溫度;太陽輻射;耐候性
　　Abstract: This paper analyzes the damage situation of the external wall insulation system which is in long-term withstand hot rain circulation and heat cold circulation because of weathering resistance lack, from relation of the external wall thermal insulation system and the temperature change, through a comprehensive analysis of ambient temperature and solar radiation intensity calculation, we analyze the temperature field distribution of the external insulation wall and sandwich thermal insulation wall in various environments, so as to make the work and durability of the two wall structure layer and insulation layer in the corresponding environments.
　　Key words: exterior wall external thermal insulation; temperature; solar radiation; weather resistance
　　中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)
　　夏熱冬冷地區(qū)，大體為長江的中下游地區(qū)，氣候特性表現(xiàn)為夏季悶熱，冬季濕冷，年降水量大，日照偏少。春末夏初多陰雨，常有大雨或暴雨出現(xiàn)。由于氣候、溫度、濕度、空氣污染等不利因素的影響，對(duì)建筑墻體及外飾面要求較高。在北方，因受嚴(yán)厲地凍融和干濕循環(huán)，宜采用涂料外飾墻面，而在南方，尤其在夏熱冬冷地區(qū)，因凍融不太嚴(yán)重，濕度、酸度和粉塵較高，面磚外飾墻面更為當(dāng)?shù)厝讼埠?。面磚外飾墻面工程的安全性，一直是比較敏感的問題，對(duì)材料、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收對(duì)外墻飾面磚工程都有相應(yīng)的要求。
　　1、外墻保溫體系的基本構(gòu)造及熱工性能
　　1.1 外墻保溫體系的基本構(gòu)造。外墻外保溫體系是由承載墻體(基層墻體)和保溫節(jié)能墻體(保溫輕體)復(fù)合組成?；鶎訅w分為砌體材料結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和框架填充墻結(jié)構(gòu)，砌體材料有空心黏土磚、燒結(jié)黏土空心磚、頁巖磚、煤矸石磚、普通混凝土小型砌塊和輕集料混凝土小型空心砌塊等。夾芯保溫復(fù)合墻體由結(jié)構(gòu)層(內(nèi)葉墻)、保溫層、保護(hù)層(外葉墻，有時(shí)也作為結(jié)構(gòu)層)組成(有時(shí)還需要根據(jù)具體情況設(shè)置空氣層)。目前，在我國該墻體有2種復(fù)合型式：多孔磚夾芯墻體和混凝土砌塊夾芯墻體。
　　1.2 外墻保溫體系的熱工性能
　　在設(shè)計(jì)中選擇外墻保溫材料及方法時(shí)應(yīng)考慮：采用熱阻高，也就是導(dǎo)熱率低的高效保溫材料;保溫材料的吸濕率低，粘結(jié)性能好，加工方便，密度小，易于安裝;保溫材料便于就地取材，價(jià)格合理;保溫材料具備阻燃性，或采取必要的防火措施;保溫材料具備適應(yīng)溫度效應(yīng)的能力，即使是在室外較惡劣的氣候條件下，也不應(yīng)使外保溫體系產(chǎn)生不可逆的損害或變形;保溫材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗外來撞擊;保溫材料具有穩(wěn)定的化學(xué)、物理性能，以確保其正常使用年限不少于25年。要滿足外墻保溫工程施工簡便，減少施工的費(fèi)用。根據(jù)國家的規(guī)定，外墻體的熱工性能要遵循GB 50176—93《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定外保溫和夾芯保溫墻體的熱工性能見表1。
表1 兩種保溫墻體各構(gòu)造層材料的熱工參數(shù)

結(jié)構(gòu)形式	材料名稱	厚度/mm	密度 （/kg/m3）	導(dǎo)熱系數(shù)/[W（/m·K）]	蓄熱系數(shù)/[W（/m2·K）]	比熱容/[kJ/（/kg·K）]
外保溫	水泥砂漿外飾	20	1800	0.93	11.37	1.05
	保溫層（EPS）	40	30	0.04	0.36	1.38
	水泥砂漿粘結(jié)層	10	1800	0.93	11.37	1.05
	多孔磚墻結(jié)構(gòu)層	370	1400	0.58	7.92	1.05
夾芯保溫	外葉墻（外飾面）	120	1400	0.58	7.92	1.05
	保溫層（EPS）	40	30	0.04	0.36	1.38
	內(nèi)葉墻	240	1400	0.58	7.92	1.05

　　2、溫度對(duì)墻體保溫的影響分析
　　2.1 溫度關(guān)系模型分析與確立
　　計(jì)算在大氣溫度及太陽輻射、空氣對(duì)流等復(fù)雜邊界條件下，保溫墻體內(nèi)部溫度分布場(chǎng)是對(duì)保溫墻體進(jìn)行應(yīng)力及耐久性分析的基礎(chǔ)。首先建立典型保溫墻體在外界大氣溫度變化等條件下的溫度場(chǎng)計(jì)算模型，以湖南北部的某城市各個(gè)季節(jié)典型天氣條件下4個(gè)朝向墻體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，為了研究方便，取各個(gè)季節(jié)典型天氣狀態(tài)的日最高溫度和最低溫度的數(shù)值，并利用式下列的公式模擬大氣溫度的日周期變化：建立的時(shí)間變化模型：
　　式中：為室外大氣溫度與時(shí)間及日最高、最低溫度的函數(shù);t為當(dāng)?shù)氐木唧w時(shí)間。對(duì)于建筑物的熱環(huán)境來說，太陽輻射是一項(xiàng)非常重要的外部影響因素，在實(shí)際的分析和計(jì)算中要綜合的考慮當(dāng)?shù)靥柕妮椛湓谙募緰|西南北垂直墻面上的太陽輻射強(qiáng)度與時(shí)間關(guān)系，確定太陽輻射的影響。
　　2.2 非穩(wěn)態(tài)環(huán)境(自然環(huán)境)下墻體耐候性分析
　　對(duì)一年四季東西南北四面墻在室外太陽輻射及氣溫變化下的溫度場(chǎng)進(jìn)行全面計(jì)算。根據(jù)室外綜合溫度計(jì)算公式：
　　式中：為室外氣溫，根據(jù)的當(dāng)?shù)氐臏囟葹闇?zhǔn)，為太陽輻射強(qiáng)度，也是根據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)間的太陽輻射取值，為外表面太陽輻射的吸收率，取0.50 W/(m2·K)，為外表面換熱系數(shù)，取19 W/(m2·K)。再根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布計(jì)算公式可以計(jì)算出墻體內(nèi)部水隨外界溫度變化關(guān)系，夏季空氣對(duì)流及太陽輻射對(duì)室內(nèi)環(huán)境和墻體工作性能的影響最顯著，在這里應(yīng)該重點(diǎn)分析外界溫度對(duì)墻體耐候性的分析和計(jì)算，受環(huán)境溫度變化的影響，外保溫和夾芯保溫墻體的EPS保溫層溫度變化最為劇烈，而外保溫要比夾芯保溫更為劇烈。外保溫磚結(jié)構(gòu)層溫度變化趨勢(shì)基本穩(wěn)定，但夾芯保溫墻體的內(nèi)葉墻和外葉墻之間有著很大的溫度變化差。
　　2.3 近似穩(wěn)態(tài)環(huán)境(人工環(huán)境)下的墻體耐候性分析
　　由于夏季有很多的建筑采用空調(diào)以及湖南北部地區(qū)冬季室內(nèi)集中供暖，所以也需要計(jì)算和分析出近似穩(wěn)定導(dǎo)熱環(huán)境下的墻體溫度場(chǎng)分布。外墻體的溫度分布如圖所示：
　　以湖南北部地區(qū)為例，夏季空調(diào)建筑室內(nèi)取27℃，室外取38℃;冬季采暖建筑室內(nèi)取18℃，室外取-3℃，可以計(jì)算分析出墻體保溫隨時(shí)間變化的關(guān)系。通過計(jì)算和分析可以得出，近似穩(wěn)態(tài)環(huán)境條件下，EPS保溫層的溫度變化較劇烈，但相比較外保溫的保溫層溫度變化幅度更大。外保溫30 mm磚結(jié)構(gòu)層溫度變化趨勢(shì)穩(wěn)定，夾芯保溫內(nèi)葉墻與外葉墻之間有明顯的溫度變化差，這種溫度的變化對(duì)墻體的耐候性影響也比較大。隨著溫度的升高，聚合物中的不同組分之間發(fā)生了形變和遷移，使得砂漿的熱穩(wěn)定性降低，因此高溫對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響，尤其表現(xiàn)在抗折強(qiáng)度的降低方面。而在低溫下，EPS聚合物的穩(wěn)定性較好，聚合物膜較好地發(fā)揮了粘結(jié)作用，而溫、濕度的變化會(huì)影響結(jié)構(gòu)內(nèi)部的穩(wěn)定性。
　　2.4 分析的結(jié)果
　　2.4.1無論在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境條件下還是近似穩(wěn)態(tài)環(huán)境條件下，兩種墻體的EPS保溫層溫度變化較顯著，相比較外保溫更劇烈。這種變化會(huì)引起一定的溫度應(yīng)力對(duì)保溫層材料長期的保溫工作性能不利，所以夾芯保溫墻體保溫層的保溫工作性及耐久性優(yōu)于外保溫墻體。
　　2.4.2外保溫墻體結(jié)構(gòu)層溫度變化趨勢(shì)穩(wěn)定，但夾芯保溫墻體的內(nèi)葉墻與外葉墻之間存在明顯的溫度變化差，會(huì)造成較大的溫度應(yīng)力，這對(duì)墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和長期工作性能有一定的負(fù)面影響，在結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)中必須予以考慮。
　　2.4.3冬季兩種墻體的保溫層長時(shí)間在負(fù)溫下工作，有可能會(huì)引起保溫層的凝霜、結(jié)露，對(duì)保溫層的工作性和耐久性造成不利影響。
　　3、EPS外墻外保溫耐候性的工程應(yīng)用
　　3.1建筑設(shè)計(jì)。以湘潭的某板式住宅樓為例，該工程為9層承重砌塊建筑，屋面為雙坡鋼筋混凝土悶頂，建筑層高2.8m，南北布置。該工程主體結(jié)構(gòu)采用190系列普通混凝土小型空心砌塊砌筑，其熱導(dǎo)率為1.02W/(m2·K)。本建筑體形簡單，凹凸面少，因此，能有效地控制建筑體型，建筑體型系數(shù)為2.9。在滿足建筑采光要求的基礎(chǔ)上，合理控制外墻窗地比，其南北向最大窗地比0.32。同時(shí)，夏季迎風(fēng)面與背風(fēng)面風(fēng)壓差值大，利于形成“穿堂風(fēng)”，在多方面占據(jù)節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
　　3.2外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱措施。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱措施。外墻墻體采用EPS外保溫體系進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì);屋面隔熱構(gòu)造采用局部退臺(tái)保溫隔熱悶頂屋面，全現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外貼平瓦，對(duì)建筑有較好的保溫隔熱作用。采用集中供暖系統(tǒng)，分戶空調(diào)設(shè)計(jì)。冬季采暖平均室內(nèi)計(jì)算溫度14℃，夏季空調(diào)平均室內(nèi)計(jì)算溫度19℃。
　　3.3結(jié)果分析。外墻主體部位熱阻R=1.32(m2·K)/W，熱惰性指標(biāo)D=1.97，傳熱系數(shù)K=0.68 W/(m2·K)，外墻平均傳熱系數(shù)Km=0.69 W/(m2·K)，均符合規(guī)范要求。節(jié)能率為58%以上，達(dá)到規(guī)范規(guī)定的50%要求，節(jié)能效果明顯。
　　4、小結(jié)
　　在節(jié)能建筑中，節(jié)能指標(biāo)一般是通過對(duì)建筑物采取綜合的保溫節(jié)能措施，運(yùn)用先進(jìn)合理的節(jié)能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。而外墻外保溫技術(shù)以其構(gòu)造合理、消除熱橋節(jié)能效率高、熱穩(wěn)定性好、增大使用面積等優(yōu)點(diǎn)成為我國目前建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的主導(dǎo)技術(shù)，在冬冷夏熱地區(qū)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但是其節(jié)能有效性、耐久性和安全性問題值得關(guān)注，本文就兩種保溫墻體的耐候性進(jìn)行探討，在實(shí)際的施工中要根據(jù)具體的情況進(jìn)行分析。
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