建筑墻體保溫節(jié)能裝飾材料應(yīng)用

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摘要：如何在保證節(jié)能裝飾材料保溫效果的同時(shí)，保證最佳經(jīng)濟(jì)性是目前研究難點(diǎn)之一。為了解決保溫節(jié)能裝飾材料的應(yīng)用性能，該文對(duì)超高層建筑墻體的保溫節(jié)能裝飾材料的應(yīng)用展開了研究。通過對(duì)墻體的非穩(wěn)態(tài)傳熱情況的計(jì)算，確定熱傳遞的衰減系數(shù)和延遲時(shí)間，確定可應(yīng)用節(jié)能材料的性能指標(biāo)和熱工性能，將其與墻體保溫體系相結(jié)合，將節(jié)能裝飾材料應(yīng)用到超高層建筑墻體保溫中。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；墻體保溫；節(jié)能裝飾材料；應(yīng)用價(jià)值

現(xiàn)階段，面對(duì)多變的生存環(huán)境和氣候變化，維持生活環(huán)境需要耗費(fèi)大量的能源，特別是對(duì)超高層建筑，因此對(duì)建筑能源節(jié)約責(zé)無旁貸[1-3]。在建筑節(jié)能研究中墻體的節(jié)能設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，墻體的保溫、采暖消耗更多能耗[4]。目前國內(nèi)外的學(xué)者專家對(duì)此類問題已有專業(yè)的分析和研究，國外學(xué)者改變建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，頒布執(zhí)行相關(guān)法律法規(guī)，形成了嚴(yán)謹(jǐn)建筑節(jié)能機(jī)制，推動(dòng)了建筑行業(yè)發(fā)展[5]。國內(nèi)研究根據(jù)北方地區(qū)能耗特點(diǎn)，使用高性能的保溫材料，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)與墻體保溫目標(biāo)[6]。針對(duì)墻體保溫和節(jié)能這一目標(biāo)，提出了應(yīng)用研究，并對(duì)節(jié)能材料的可行性和實(shí)用性展開深入分析討論。

1超高層建筑墻體保溫節(jié)能裝飾材料的應(yīng)用研究

1.1計(jì)算墻體非穩(wěn)態(tài)傳熱

計(jì)算墻體非穩(wěn)態(tài)傳熱分析超高層建筑墻體熱工性能，首先應(yīng)確定墻體相應(yīng)材料特性，見表1.根據(jù)以上內(nèi)容計(jì)算各墻體相應(yīng)材料的衰減倍數(shù)和延遲時(shí)間，對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為：者表示墻體最終狀態(tài)的衰減系數(shù)[7-8]。在完成上述準(zhǔn)備，分析發(fā)現(xiàn)擠塑板具有較小的傳熱系數(shù)，其衰減倍數(shù)也很小，由上述內(nèi)容可知，墻體厚度與延遲時(shí)間相關(guān)，墻體保溫性能決定衰減倍數(shù)，根據(jù)這一特點(diǎn)，構(gòu)建墻體保溫體系。

1.2構(gòu)建墻體保溫體系

以往的墻體保溫結(jié)構(gòu)采用混凝土、粘土磚等材料，保溫性能比較差，嚴(yán)重影響建筑其他部分施工效果，因此這種保溫體系很少被采用[9-11]。在高寒地區(qū)比較常見的保溫體系有復(fù)合夾心墻保溫體系，該保溫體系下的保溫形式如圖1所示。這種保溫體系存在外墻防水和冷橋等問題，總體經(jīng)濟(jì)性比較差[12]?？偨Y(jié)上述兩種保溫體系，選擇外墻外保溫體系作為節(jié)能材料應(yīng)用的保溫體系，其保溫形式示意圖如圖2所示。采用這種保溫體系有助于延長建筑物的使用壽命，在采用空心磚和陶粒空心砌塊等材料的基礎(chǔ)上，提高了墻體的防水和氣密性能[13]。在確定保溫體系的基礎(chǔ)上，確定節(jié)能材料的性能指標(biāo)，分析節(jié)能材料的熱工性能。

1.3確定節(jié)能材料的性能指標(biāo)

通過上述內(nèi)容可知擠塑板在墻體保溫中具有較好的應(yīng)用性能，以擠塑板和膨脹聚苯板以及聚苯板為對(duì)比，確定擠塑聚苯板性能指標(biāo)，見表2。針對(duì)上述材料，計(jì)算其熱工性能，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析，將節(jié)能裝飾材料應(yīng)用到超高層建筑中。

1.4分析節(jié)能材料熱工性能

分析節(jié)能材料熱工性能時(shí)，計(jì)算物體之間的導(dǎo)熱和對(duì)流[14]。假設(shè)墻體厚度為b，墻體兩側(cè)的溫度為ω1和ω2，在計(jì)算中設(shè)置ω1>ω2，而熱流會(huì)利用導(dǎo)熱這一形式從一個(gè)溫度高的方向傳遞到溫度低的一側(cè)，利用公式(3)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)1m2墻體截面的熱量[15]。12Qb（3）式（3）中，Q表示通過墻體的熱量;γ表示墻體保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m•K）。經(jīng)過上述計(jì)算節(jié)能材料的導(dǎo)熱性能。在計(jì)算對(duì)流時(shí)，還需要結(jié)合熱量的變化。計(jì)算公式為：ccQt（4）式（4）中，Qc表示表面對(duì)流換熱量，ηc表示對(duì)流換熱系數(shù)；ω表示墻面溫度，℃；t表示空氣溫度，℃。超高層建筑物的外墻分為主體和熱橋，兩者的傳熱系數(shù)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料層的性質(zhì)相關(guān)，由此可知，其傳熱計(jì)算公式為：01sR（5）0ieRRRR（6）121212cccnnnbbbRRRR（7）公式中：R表示墻體外部結(jié)構(gòu)的熱阻，（m2•K）/W；Ri和Re分別表示墻體內(nèi)外表面換熱阻，（m2•K）/W；bc表示墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料層的厚度，m；γ表示墻體圍護(hù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m•K）。計(jì)算多層平壁的導(dǎo)熱公式為：123iettRRR（8）式（8）中：ρ表示熱流密度，W/m2；ti表示平壁內(nèi)表面溫度，℃；te表示平壁外表面溫度，℃；R1、R2、R3分別表示第一、第二、第三層的熱阻。從上述公式可知，熱流密度與溫差和材料熱阻存在負(fù)相關(guān)。在保證墻體保溫的同時(shí)突出節(jié)能材料的經(jīng)濟(jì)性，建立墻體保溫層最佳經(jīng)濟(jì)厚度模型。

1.5建立墻體保溫層最佳經(jīng)濟(jì)厚度模型

將采暖燃料費(fèi)與墻體保溫層材料費(fèi)、施工費(fèi)等投資費(fèi)用相結(jié)合構(gòu)建最佳經(jīng)濟(jì)厚度模型。單位面積保溫材料費(fèi)用計(jì)算公式為：ingg（9）式（9）中，gin表示單位面積保溫材料價(jià)格，α表示保溫層體積，g表示單位體積保溫材料價(jià)格。單位面積的采暖燃料費(fèi)用計(jì)算公式為：86.4hfJgg（10）式（10）中，gf表示燃料價(jià)格，表示墻體保溫層采暖總效率，gh表示外墻采暖燃料費(fèi)用，J表示燃料熱值。依據(jù)上述公式計(jì)算在墻體保溫有效周期內(nèi)，墻體保溫層總費(fèi)用，計(jì)算公式為：inhggg總（11）通過以上計(jì)算公式可知，保溫層厚度與造價(jià)成正比，與采暖燃料費(fèi)成反比。所以為了確定性價(jià)比最高的節(jié)能材料，由0g確定保溫層最佳經(jīng)濟(jì)厚度的計(jì)算公式，如下所示。86.4fopgJg（12）通過上述公式計(jì)算出墻體的最佳經(jīng)濟(jì)厚度，結(jié)合墻體傳熱水平和材料熱工性能，將節(jié)能裝飾材料應(yīng)用到超高層建筑墻體中。

1.6將節(jié)能裝飾材料應(yīng)用到墻體施工中

將超高層建筑墻體清理干凈，避免墻體表面的脫模劑、防水劑等雜物影響節(jié)能裝飾材料的應(yīng)用。將節(jié)能裝飾材料合成的聚合物砂漿涂抹在每塊聚苯板上，聚苯板點(diǎn)框粘結(jié)示意圖如圖3所示。在完成上述操作后，將板均勻粘貼在基層墻體上滑動(dòng)就位。若出現(xiàn)損壞處，將損壞處的保溫疊合層割掉，將基層墻體漏出。

2結(jié)果與分析

2.1能耗性能驗(yàn)證

為了驗(yàn)證裝飾材料的節(jié)能和保溫效果，以超高層建筑的墻體為例，以文獻(xiàn)[4]方法與文獻(xiàn)[5]方法為本研究方法的對(duì)比方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在模擬分析時(shí)，需要輸入相應(yīng)的建筑材料性能參數(shù)，見表3。以預(yù)測過程能耗為指標(biāo)，對(duì)不同方法進(jìn)行了實(shí)際性能驗(yàn)證。建立了一個(gè)遙感傳感網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由200個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布于100m×100m的范圍中。不同方法的預(yù)測過程能耗對(duì)比如圖4所示。通過對(duì)圖4的分析可知，在對(duì)超高層建筑墻體保溫裝飾材料性能進(jìn)行展開預(yù)測時(shí)，參考文獻(xiàn)[4]和[5]方法的能耗均高于本文方法。文中所提出的方法預(yù)測過程能耗一直低于100kJ，證明了該方法具有較好的實(shí)用性。

2.2保溫性能驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證超高層建筑墻體保溫裝飾材料的保溫性能，在相同厚度的情況下，進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如圖5所示。通過對(duì)圖5的分析可知，參考文獻(xiàn)[4]和[5]方法的平均氣溫均低于本文方法。文中所提出的方法的平均氣溫均在14℃以上，證明了該方法具有較好的保溫性。

3結(jié)論

本文以超高層建筑墻體為研究目標(biāo)，研究節(jié)能裝飾材料在墻體保溫中的應(yīng)用，從墻體的傳熱和材料的熱工性能入手，分析墻體與材料之間的熱傳遞情況，進(jìn)而選擇合適的節(jié)能材料，應(yīng)用到墻體保溫中。該方法具有保溫性能好、能耗低等特點(diǎn)，為超高層建筑墻體保溫提供更多的技術(shù)支持，為建筑業(yè)的發(fā)展提供更多的發(fā)展可能。

作者:何欣1 楊峰俊 單位:山東建筑大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程管理學(xué)院