苏南地区常用外墙保温材料保温性能衰减实验研究

黄孟祺，王利文

(常州工学院土木建筑工程学院，江苏常州213002)



苏南地区常用外墙保温材料保温性能衰减实验研究

黄孟祺，王利文

(常州工学院土木建筑工程学院，江苏常州213002)

摘要：通过建立热物理参数相对恒定的外墙外保温体系热传导计算模型，采用实验室及现场实体检测的方法，分析对比几种常用外墙保温隔热材料在实际工程完工几年后的导热性能衰减程度。对比结果显示，随着外墙保温使用时间的增加，外墙保温材料的保温性能均有减弱的趋势。

关键词：外墙保温系统；保温性能；衰减

建筑节能的首选措施是改善建筑围护结构的保温隔热措施。有关资料[1-2]显示，外墙能耗损失约占建筑外围护总能耗损失的48%，因此，研究外墙的保温隔热问题十分必要。建筑物外墙外保温隔热体系置于外墙外侧，能够有效阻断冷(热)桥，有利于结构寿命的延长，同时，能改善主体结构所受内外温差作用，减小温变效应[3]。

近年来，对苏南地区常用外墙外保温系统保温材料的选取、不同保温材料的导热性能和耐候性衰减等方面进行了实验对比与数据分析，提出不同保温材料外墙保温适应性建议。

1模拟计算模型

根据工程中外墙外保温的实际工况，在实验室模拟建造1 500 mm×1 000 mm×270 mm的外墙保温系统，墙体的物理结构如图1。

1-抹灰层；2-外墙保温材料；3-保温材料黏结层；4-钢筋混凝土外墙；5-室内抹灰层图1　模拟墙体保温模型示意图

由图1可知，外墙外保温系统可以分为聚合物黏结砂浆层、保温材料层、抹面砂浆层。为了简化研究维度，根据上述墙体物理结构做出如下墙体热传导假定：墙体各物理结构层的热工参数为常数，通过热流计的热流沿墙体厚度方向稳定地一维传导，不考虑向四周的扩散传导。

1)设外保温系统各材料的导热系数λ和热阻R的关系为

R=δ/λ

式中：R为材料的热阻，(m2·K)/W；δ为材料厚度，mm；λ为材料的导热系数，W/(m·K)。

2)热工计算公式为

KP= 1/(Ri+R+Re)

式中：KP为外墙传热系数，(m·K)/W；Ri为建筑物内表面换热阻值，取值0.11，为常数；Re为建筑物外表面热换阻值，取值0.04，为常数；R为建筑物维护结构和外保温系统的换热阻值，(m2·K)/W。

3)整个外保温墙体的热阻值

(1)

式中：∑Rj=R钢筋混凝土+R聚合物砂浆+R抹灰层+R待测保温材料，(m2·K)/W；j为墙体的各物理层。

设定外墙构造：保温板厚δ+5mm黏结砂浆(V砂浆∶V空气≌1∶3)+200mm钢筋混凝土+ 5mm厚抹面砂浆。查阅相关规范和资料可得：

λ钢筋混凝土= 1.74W/(m·K)；

λ抹面砂浆= 0.93W/(m·K)；

R聚合物砂浆=0.10W/(m2·K)。

则有：R=200/1.74 + 0.10 +R待测保温材料+0.005/0.93=R待测保温材料+115.05

4)待测保温材料导热系数

(2)

2实验室外墙保温材料实验

2.1实验依据与设备

根据《绝热-稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》(GB/T 13475—2008)，利用常州工学院土木建筑工程学院材料实验室JTRG-1型建筑围护结构保温性能检测装置和JTRG-11型建筑热工温度与热流自动测试系统，防护热箱和标定热箱均模仿试件两边为均匀温度的边界条件。

2.2实验过程

1)对砌块进行砌筑，在保温箱内把砌块砌成1 500 mm×1 000 mm×270 mm的墙体，见图2。

图2　保温箱内砌成的墙体

2)在砌好的墙体两侧布热流与温度传感器，热侧布4个热流传感器，1个热流的周围布3个温度传感器，见图3。

图3　热流与温度传感器布置

3)冷侧与热侧均一一对应布设传感器。

4)保温箱里的热流与温度传感器接到JTRG-11型建筑热工温度与热流自动测试系统上。

5)保温箱密封后，接通电源，清空JTRG-11型建筑热工温度与热流自动测试系统，便于以后采集数据。设计采集数据时间间隔为40 min。

2.3实验结论

本次实验选取了几种不同的保温隔热材料，通过控制变量法，在改变环境温、湿度的情况下进行导热系数的测量，通过调节单一相关变量，得出EPS、XPS、PIR 3种材料导热系数与环境温、湿度变化的相关性，结论见表1。

表1　部分材料导热系数老化实验前后对比

通过实验室的各种老化试验，得出如下规律：在材料老化过程中，相变热和湿传导对保温材料热工参数本身的影响较大；在实际的墙体热传导模型中，由于试验测点相较实验室有所不同，且均为多结构层，环境均为干燥的人居环境，导热过程中各结构层热工参数对相变热、湿传导的敏感性可以忽略，因此，可视为传热过程是一维稳态的传热过程，假设成立。

3实地选点测量

3.1测量的原理与布置

鉴于热流计法是现场检测围护结构传热系数应用最广泛的方法，同时热流计仪器携带方便，有利于进行实际工程的现场检测，因此，本试验也采用热流计法。

1)布置：热流计在被测墙体内外分别布置，并在其周围布置3个热电偶，通过导线连接上述相关元器件，将测试信号直接接入计算机。利用计算机处理测试信号，导出热流值及温度值。为使测试结果精确，一是需要待传热过程稳定后才能开始计量，二是测试时间必须在传热过程稳定后7 d以上。

2)检测原理：在建筑物墙体围护结构的热阻作用下，外墙厚度方向的温度梯度呈现衰减状态，围护结构内外表面产生一定温差，利用热流量与温差之间的对应关系进行相关数据的测定。

根据热电效应和温度梯度的原理制成热流计探头，当热流计探头有一定的热流q垂直流过时，在其基板两面就会产生一定的温差ΔT，该温度差使装在基板内的热电堆产生一定的电动势E。被测对象的热阻与ΔT及电动势E的关系如式(3)。

(3)

式中：ΔT为被测墙体内外温差,ΔT=T1-T2，T1为冷端温度，T2为热端温度，K；E为热流计读数，mV；C为热流计测头系数，是热流计出厂时标定的，W/(m2·mV)；R为被测物的热阻，(m2·K)/W；

4)依据《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》(GB/T 10295—2008)、《建筑用热流计》(JG/T 3016—1994)、《居住建筑节能检测标准》 (JGJ/T 132—2009),选用热流计法对模型进行分析和计算。现场检测示意图如图4所示。

1-被测墙体；2-温度传感器；3-温度传感器；4-热流计引线；5-热流温度巡检仪图4　热流温度巡检仪布置示意图

3.2实地测量

现场实地测量时，通过人工加热保持墙体两侧温差大于20 ℃，加大数据的变化陡度。检测时，关闭检测房间的门窗，打开热源，人工参数采集频率为30 min/组。为了避免单组数据出现误差，每点采集2组数据，通过同种数值求取平均数并剔除异常数据，得出较为准确的数据。由于仪器设置在居民家中，人员的走动容易引起探头周围温度的变化，因此，要求业主尽量不在实验房间走动，以保持数据稳定。

本实验一共选择5户业主测量了5组测点，获得的相关热物理参数与理论对比见表2、表3。

表2　各测点保温材料实测热阻与理论热阻对比表

表3　各测点传热系数与导热系数理论与实测对比

4结论

4.1保温材料导热系数的变化趋势

实地测量地点均为已建成小区，通过对比表1～3的相关数据，在之前给定的前提下可知：尽管测试的几个小区的保温材料导热系数能满足相关规范要求，但其保温性能仍然出现了一定程度的衰减，保温性均呈降低的趋势。由于各个小区建成时间不同，导致测试材料衰减时间不同，但保温材料的导热系数总体呈增大趋势，各测点保温材料的保温性能均产生一定的衰减。

4.2实际测试中保温材料的保温性能分析

综合上述几个测点的情况，相对于本次试验中的保温材料，实际运用中聚氨酯保温板的保温性能最好，且具有施工方便等优点；挤塑板的导热系数较低，耐候性也较好，相对而言更适用于外墙保温。

[参考文献]

[1]戴见光.苏南地区外墙保温现状分析与研究[D].南京:南京理工大学，2008.

[2]牟凤才，王宏斌.建筑外墙保温技术及节能材料[J].科技与生活，2010(15):49-50.

[3]徐艳.外墙外保温材料的选用及施工技术的研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

责任编辑：唐海燕

Thermal Insulation Performance Degradation of Thermal Insulation System for Exterior Walls in Southern Jiangsu

HUANG Mengqi，WANG Liwen

(School of Civil Engineering and Architecture，Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

Abstract：By determining physical parameters in the general thermal transfer model for construction walls and collecting laboratory and field testing data,several popular thermal insulation materials are analyzed and compared in their thermal insulation performance degradation years after completion.The result indicates that their thermal insulation performance is more or less degrading over time.

Key words：thermal insulation system;thermal insulation performance;degradation

中图分类号：TU55+1

文献标志码：A

文章编号：1671- 0436(2016)01- 0043- 04

作者简介：黄孟祺(1992—),男，本科生。

基金项目：住房和城乡建设部科学技术项目(2013-K1-35)；江苏省高等学校大学生创新创业训练计划重点项目(201511055008Z)

收稿日期：2015-11- 05

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.01.010