冷弯薄壁型钢组合墙体传热性能研究综述

张秀华 李月娇 李思雨

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

建筑业作为国家支柱产业，在满足社会需求、促进国家经济发展的同时也消耗大量的资源，导致了环境污染和气候变暖等负面影响。从全球来看，建筑能耗占总能耗的29.74%，而在建筑能耗中，通过外墙耗散的热量占建筑总热量的40%左右，是气候相近国家的2倍～3倍。因此提高外墙的保温隔热性能迫在眉睫，开发节能建筑墙体对推动节能发展具有重要意义。结合国家对绿色建材的重视与推广，本文主要对冷弯薄壁型钢组合墙体的传热性能进行总结研究。

1 组合墙体传热性能研究现状

组合墙体主要由型钢骨架与覆面板组成，通过ST4.8级自攻螺钉连接，中间空腔用岩棉填充而成。根据覆面板材料不同，组成结构也有所不同。常见的覆面板有稻草板、石膏板、OSB板、胶合板与竹板等。

1.1 国外研究

国外对组合墙体的传热性能研究起步早比较成熟。Jeffrey E等［1］通过耐候试验和耐腐蚀测试，研究腹板开孔轻钢龙骨墙体的耐久性能，得出结论:腹板开孔后可以有效的减少墙体的热量损失，减少局部热桥现象。Kosny J等人［2］对轻钢龙骨组合墙体进行了标定热箱试验和有限元模拟分析，得出结论:龙骨的布置形式和龙骨比重对墙体热阻影响程度较大。并在此基础上提出使用隔热材料包裹龙骨可以有效减小复合墙体中热桥效应。在此基础上Syed A M和Kosny J［3］通过分区法计算并对比了龙骨比重分别为5%，8%，11%与14%时钢龙骨与木龙骨墙体的热阻。结果表明:随着墙体中龙骨比重的提升，墙体热桥影响增大，墙体保温性能显著下降。Lassue S等［4］将腹板开孔的轻钢龙骨墙体热损失简化方程植入计算机程序，并提出一种新型可视化热桥的红外热成像法用于计算热损量。

1.2 国内研究

我国对组合墙体传热性能研究虽然起步晚、基础差，但经过科研人员的不断钻研并通过借鉴发达国家的经验和技术，在该方面也已经取得了巨大进步。

颜於滕［5］利用标定热箱试验法和ABAQUS有限元分析软件对腹板开孔的轻钢龙骨进行保温性能分析，并提出应用于腹板开孔组合墙体传热系数的计算公式。杨华等［6］采用有限元分析软件对腹板开孔后截面参数对轻钢复合墙体传热性能的影响进行分析。截面参数包括龙骨几何尺寸、孔洞参数、覆面石膏板与外加苯板厚度等。研究表明:腹板高度、孔洞排数、孔洞长度及苯板厚度是影响腹板开孔轻钢龙骨墙体传热性能的主要参数。武胜等［7］采用热电偶测温法对腹板开孔、带外保温层腹板开孔轻钢龙骨组合墙体传热性能试验研究。结果表明:两种墙体传热系数为0.315W/(m2·K)，0.250 W/(m2·K)，可以满足我国寒冷地区规范要求。李玉顺等［8］对钢—竹组合墙体试件进行传热性能试验研究，得到该组合墙体传热系数约为0.387 W/(m2·°C)，具有良好的保温效果，复合严寒地区居住建筑的传热系数限值要求。

2 组合墙体传热性能影响因素

冷弯薄壁型钢组合墙体因其强度高，自重轻等优点，广泛被应用到住宅的主要承重部分。本文通过总结前人对冷弯薄壁型钢组合墙体进行的试验探究和有限元模拟分析，得出影响组合墙体传热性能主要因素:

1)型钢截面尺寸，包括型钢腹板高度、厚度和翼缘宽度;

2)龙骨比重、龙骨间距;

3)型钢形式及布置位置;

4)型钢腹板开孔参数，包括开孔排数、孔洞长度、孔洞宽度及孔洞纵向间距;

5)组合墙体是否外加苯板;

6)覆面板的种类、导热系数及保温性能。

3 冷弯薄壁型钢—稻草板组合结构

我国是一个农业生产大国，有着丰富的秸秆资源，稻草秸秆每年生产数量大体上3亿t。但因为村民的循环利用意识低，大多数秸秆成为了村民的生活燃料或在田间焚烧，不仅造成资源浪费，也污染环境。如能将其充分利用，不仅可解决焚烧秸秆带来的环境问题且发挥稻草秸秆生产周期短、利用率高、成本低的优势。因此从利用效率和利用成本的角度出发，稻草板在绿色建筑领域中具有很大的发展空间。

3.1 国内外研究现状

Khedari J和Suttisonk B［9］对稻草秸秆和无机胶结合材料应用于建筑保温中进行了大量的研究，提出使用不同的农业废弃物可以提高建筑的保温性能，其中稻草秸秆的效果最为明显，可以发展成为一种新型的轻质建筑保温材料。

稻草板具有绿色环保、保温隔热和隔音降噪等诸多特点。张秀华等［10］对压型钢板—稻草板组合楼盖进行了力学性能试验，得出压型钢板—稻草板组合楼盖具有良好的承载力，力学性能可以满足建筑结构楼盖的要求。杨景程［11］对冷弯薄壁C型钢—稻草板组合墙体的力学性能进行试验研究。研究结果表明:薄壁型钢和稻草板可以协同工作，具有良好的抗剪承载力。

可见钢—稻草板组合结构充分发挥了二者的优势，是一种良好的绿色建筑结构。该组合结构具有轻质高强延性好、抗震性能优良、整体性好、节能环保等特点。

3.2 组合墙体传热性能研究建议

该组合墙体的力学性能已经得到了试验证明，但目前对其传热性能研究未见成熟报道。建议主要对其进行三个方面的研究:

1)截面参数对组合墙体传热性能的研究，包括型钢腹板高度、厚度以及翼缘宽度;

2)型钢开孔参数的影响，包括开孔纵向间距、横向间距、孔洞长度以及孔洞宽度;

3)对该组合墙体的传热系数进行公式的修正;以及该结构保温性、经济性能研究。

4 结语

目前，国内学者对于冷弯薄壁型钢组合墙体的传热性能已进行了大量的试验研究并取得了阶段性的成果。由于其覆面板材的多样性，组合结构的保温性有较大不同，稻草板作为绿色建筑材料，有较大的发展空间。稻草板作为覆面板时，组合墙体的传热性能的研究应进一步探索。