关于轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙热工性能的研究

骆礼松 姚斌 零江龙 王亚腾

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州 贵阳 550081

引言

由于社会发展，资源的浪费，建筑能耗占国家能耗指标越来越严重，建筑能耗，对于节约能源至关重要。

目前，我国在建筑上应用的保温材料品种很多，均有各自的优缺点。有机累保温材料以轻质、有机类保温材料以轻质、低导热系数、吸水率极低等优点占有较大的市场份额，但绝大多数易燃、易老化、耐久性差；无机类保温材料虽然安全防火、耐久性好、易施工，但大多数保温性能相对较差[2]。

对于传统保温系统，易脱离，起鼓、开裂、施工难度大、施工工序复杂，成本高，对于研究自保温墙体与自保温墙体和保温板组合墙体已经成为社会发展的主流。

轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙外为硅钙板，为无机材料，燃烧性能A级，表面平整具有饰面材料功能；内部填充聚苯颗粒混凝土，燃烧性能B1级，与C型龙骨、硅钙板、聚苯颗粒混凝土组合成保温一体墙，具有变形系数小、抗老化、保温性能稳定、生态环保、可与建筑物同寿命周期特点。

本文结合轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙各自优势，计算分析研究轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙不同厚度条件下的传热系数，针对不同热工分区，选用不同厚度的要求。

1 不同地区外墙热工性能限值

在轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙的传热系数计算中，按照《公共建筑设计标准》GB50189-2015对不同热工分区外墙传热系数限值要求如下：

（1） 严寒A、B区甲类公共建筑在最不利情况下，0.3＜体形系数≤0.5时的传热系数的限值K≤0.35W/㎡·K。

（2） 严寒C区甲类公共建筑在最不利情况下，0.3＜体形系数≤0.5时的传热系数的限值K≤0.38W/㎡·K。

（3） 寒冷地区甲类公共建筑在最不利情况下，0.3＜体形系数≤0.5时的传热系数的限值K≤0.45W/㎡·K。

（4） 夏热冬冷地区甲类公共建筑在最不利情况下，热惰性指标D≤0.25时的传热系数的限值K≤0.60W/㎡·K。

（5） 夏热冬暖地区、温和地区甲类公共建筑在最不利情况下，热惰性指标D≤0.25时的传热系数的限值K≤0.80W/㎡·K。

2 计算条件

2.1 轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙(1500×1500×B)

简介，轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土复合保温一体墙组成结构；由内外各一层10厚的硅钙板，内部为横向C型轻钢龙骨，间距为600mm，竖向C型轻钢龙骨，间距为1000mm，硅钙板与C型龙骨直接的间距和龙骨直接的区域内填充聚苯颗粒混凝土组成。

图1 1500×1500×B透视示意图

2.2 轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土复合保温一体墙主要技术指标要求

硅钙板：干密度为1050 kg/m³，导热系数为0.33 W/m·K；聚苯颗粒混凝土：干密度为500～600 kg/m³，导热系数为0.08W/m·K[3]；

C型轻钢龙骨：干密度为7850kg/m³，导热系数为58.20W/m·K。

3 计算公式

在轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙的传热系数计算中，分为三步进行计算，按照《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016提出一种计算组合复合材料传热系数的方法。

3.1 匀质材料计算公式

其中：R0--单一匀质材料热阻（㎡·K/W）；R--材料层热阻（㎡·K/W）；δ--材料层厚度（m）；λ--材料层导热系数（W/m·K）；Re--外表面换热热阻（㎡·K/W）；Ri--内表面换热热阻（㎡·K/W）

3.2 非匀质材料计算公式

Re--外表面换热热阻（㎡·K/W）

Ri--内表面换热热阻（㎡·K/W）

fa，fb，fc，·····fn--与热流平行方向各部分面积占总面积的百分比

Roua，Roub，Rouc，·····Roun--与热流平行方向各部分的热阻（㎡·K/W）

Raj，Rbj，Rcj，·····Rnj--与热流垂直方向第j层各部分的热阻（㎡·K/W）

3.3 平均传热系数计算公式

Ka，Kb，Kc，·····Kn，--垂直于热流方向上各部分面积上的传热系数（㎡·K/W）

Sa，Sb，Sc，·····Sn，--垂直于热流方向上各部分面积(m)

4 针对不同厚度下的计算结果传热系数图表如下

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5 计算结果分析

通过上述图表可以看出，厚度的增大，传热系数成递减形式，厚度增大到一定程度，传热系数会趋于某一个定值。

上述图表中，对于不同热工分区，考虑不同热工分区的最不利情况下，可以选用不同对应的厚度值，要求如下所示：

（1） 严寒A、B区甲类公共建筑在最不利情况下，0.3＜体形系数≤0.5时的传热系数的限值K≤0.35W/㎡·K，外墙的厚度最小值为310mm。

（2） 严寒C区甲类公共建筑在最不利情况下，0.3＜体形系数≤0.5时的传热系数的限值K≤0.38W/㎡·K，外墙的厚度最小值为290mm。

（3） 寒冷地区甲类公共建筑在最不利情况下，0.3＜体形系数≤0.5时的传热系数的限值K≤0.45W/㎡·K，外墙的厚度最小值为260mm。

（4） 夏热冬冷地区甲类公共建筑在最不利情况下，热惰性指标D≤0.25时的传热系数的限值K≤0.60W/㎡·K，外墙的厚度最小值为220mm。

（5） 夏热冬暖地区、温和地区甲类公共建筑在最不利情况下，热惰性指标D≤0.25时的传热系数的限值K≤0.80W/㎡·K，外墙的厚度最小值为180mm。

但是从上述图表关系看，厚度在300mm以上时，继续增加聚苯颗粒混凝土的厚度，传热系数值变化甚微，从造价方面要求考虑，对保温节能要求意义不大。

所以针对这一现象，对于某些极端情况下，节能要求较高的地区，采用单一的轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙自保温系统，是不经济的。这种情况下，通过轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙外加保温板的处理方式进行研究，从经济方面考虑，具有重要意义。

6 研究采用保温一体墙自保温系统与采用保温一体墙和外加保温系统造价的对比分析

（1）通过造价分析，在满足节能要求的同时，严寒A、B地区、严寒C地区、寒冷地区、夏热冬冷地区采用轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙外加挤塑聚苯板方案，要优于采用保温轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙自保温系统方案。

（2）通过造价分析，在满足节能要求的同时，夏热冬暖地区、温和地区采用保温轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙自保温系统方案，要优于采用轻钢龙骨聚苯颗粒混凝土保温复合一体墙外加挤塑聚苯板方案。