轻钢龙骨秸秆复合板双层墙体隔热性能研究

陈继浩，崔琪，潘华

（中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024）

0 引 言

钢结构住宅由于抗震性好、施工快和经济性好，在欧洲、美国、日本等发达国家得到发展，占据建筑结构的主导地位，如在日本和澳大利亚，钢结构占其全部建筑的50%以上，在瑞典等欧洲国家已形成规模化、产业化的钢结构住宅体系，这些国家在钢结构住宅的建筑材料、结构性能、设计施工等方面已经处于世界领先水平[1-2]。随着我国逐步提倡生态文明和低碳、可持续发展，由于钢结构工厂化生产、装配化施工、资源能源消耗少、循环利用率高、轻量化等优点，也正越来越被市场接受，迎来政策利好，发展正当其时[3-5]。但也存在配套构配件不全、围护体系质量不高、与节能环保新技术结合不足等问题，不能很好支持钢结构住宅的发展，需要在围护结构和墙体构件方面发展配套产品[6-7]。

农业秸秆废弃物每年有8 万t 以上，造成严重的废弃和污染问题，对秸秆的规模化利用成为可持续发展的重要内容。建筑墙体材料在我国每年应用量巨大，利用秸秆生产建筑墙体材料，可以大量消纳农业废弃物，利用秸秆可再生、天然、保温性能好等优势。秸秆复合墙体材料是工业化利用秸秆资源，制造保温墙体的良好方式，研究表明，复合无机面层的秸秆复合墙板具有良好的保温性能[8]。

秸秆复合墙板以秸秆芯板作为内层，表面复合硅酸钙板、石膏板、水泥压力板等无机面层，具有轻质、保温性好、绿色环保等特点，与轻型钢结构结合，能充分发挥其工厂预制化程度高、节能性好、绿色环保、易形成产业化等优点，将具有良好的发展前景[9]。秸秆复合墙板与轻钢结构的结合早在20 世纪90年代上海浦东北蔡的住宅中得到应用，造价低廉，在外墙和楼板组件中应用了稻草板复合墙体[3]。轻型钢结构为骨架结构，内外两侧采用秸秆复合板的双层墙体结构，具有结构简单，施工快捷的优点，秸秆复合墙板具有保温性能好，工厂化制造的特点，为其与轻钢结构结合，形成装配式构件提供了良好的条件。对其传热性能进行研究，为轻钢结构与秸秆复合墙板结构体系在建筑中应用积累数据和经验。

1 秸秆板空腔厚度对传热系数的影响

试验采用北京东方奥达仪器设备有限公司生产的JW-I型墙体保温性能检测装置用标定热箱法进行测试。

对60 mm 厚秸秆板进行了传热系数测试，结果为1.43 W/（m2·K）。

采用60 mm 厚秸秆板进行双层墙体的不同空腔厚度对传热性能影响的试验研究，采用秸秆板裸板而不是复合无机面层的秸秆复合板，是为了保证均匀传热，排除对试验的干扰。对厚度分别为15、25、50、75 和100 mm 的空气层形成的双层墙体进行传热系数测试，秸秆板裸板通过螺钉连接在中间的轻钢龙骨上，轻钢龙骨的间隔为600 mm，通过不同宽度的轻钢龙骨形成不同厚度空气夹层的双层墙体结构，见图1。

图1 双层秸秆裸板墙体结构示意

空气层厚度对传热系数的影响如图2 所示。

图2 双层板结构不同空气层厚度对传热系数的影响

由图2 可以看出，传热系数随着空气层厚度的增加呈降低趋势，在100 mm 的空气层厚度时，双层墙体的传热系数达到最低，传热系数为0.617 W/（m2·K），达到较好的隔热性能，接近寒冷地区建筑节能65%的要求。

2 轻钢龙骨间隔对传热系数的影响

由于轻钢龙骨热阻较小，轻钢龙骨与秸秆板材紧密接触，可能会形成热桥，对传热影响较大，因此，对不同间隔密度的轻钢龙骨对传热系数的影响进行了试验研究。仍采用60 mm厚度的秸秆板裸板，选用50 mm 宽度的轻钢龙骨形成50 mm厚的空气层，两种龙骨间隔：600 mm 和1200 mm，两种龙骨间隔传热系数分别为0.656、0.647 W/（m2·K），相差1.4%，可以忽略龙骨间隔对传热系数的影响。在采用轻钢龙骨结构的建筑时，可以按照结构要求对龙骨进行设计。

3 复合面层的秸秆复合板双层墙体传热系数

进一步对复合面层的秸秆复合板与轻钢龙骨结合形成的双层墙体进行传热系数的研究，首先测试两面复合氧化镁板的单层秸秆复合板的传热系数，单层秸秆复合板剖面示意如图3 所示。

图3 单层秸秆复合板剖面示意

测试显示，复合无机氧化镁板面层的70 mm 厚秸秆复合墙板的传热系数为1.35 W/（m2·K）。采用70 mm 厚秸秆复合板中间用间隔600 mm 的50 mm 宽度轻钢龙骨连接，形成总厚度190 mm 的双层秸秆复合板墙体，如图4 所示。

图4 双层秸秆复合墙板剖面示意

传热系数测试显示，190 mm 厚双层墙体的传热系数达到0.651 W/（m2·K），隔热性能较好，但还未达到较高的节能要求。

为进一步改进双层秸秆复合墙板的隔热性能，通过附加聚氨酯保温板隔热层形成秸秆多层复合板以及组成的双层墙体，剖面示意如图5 所示。

图5 附加聚氨酯保温板双层秸秆复合墙板剖面示意

测试结果显示，单层秸秆复合板的传热系数为0.664 W/（m2·K），双层秸秆复合墙板的传热系数达到0.34 W/（m2·K），达到对墙体建筑节能75%的要求，隔热性能突出。为轻钢建筑的普及应用提供了良好的配套墙体构件，也为绿色建筑提供了更多选择。

4 结 论

作为装配式建筑构件，双层秸秆复合板墙体隔热性能优异，复合聚氨酯保温层的秸秆复合板双层墙传热系数达到0.34 W/（m2·K）。如果作为装配式构件与轻钢结构结合，将发挥秸秆复合板利用农业废弃物、节能性能优异、工厂化生产、装配式施工的优势，能产生较大的节能效果，具有广阔的应用前景。