加氣混凝土砌塊在墻體保溫隔熱工程中的應用

蒸壓混凝土砌塊是輕混凝土建筑材料。具有保溫、隔熱、消防、重量輕等特點。廣泛應用于各種類型的建筑墻體工程中。實施居住建筑和公共建筑節能設計標準后,加氣混凝土砌塊以其自身的特點,充分發揮了它在墻體保溫隔熱工程中的技術優勢。但在應用過程中,一方面是未從加氣混凝土砌體和形成建筑墻體后的整體性考慮解決砌體與墻體熱工性能計算中的問題,另一方面是未從系統應用技術上去研發生產與之適應的配套材料及技術,致使在墻體保溫隔熱工程中應用時的墻體熱工性能計算不確切,構造措施不完善,表面開裂現象較為普遍,使設計和建設單位對其在建筑墻體工程中的應用都有所顧慮。本文著重從加氣混凝土砌塊在建筑墻體保溫隔熱工程中應用的幾個主要問題予以論述,以使其在應用中既能發揮產品特點,又能實事求是地符合建筑節能設計標準對墻體保溫隔熱工程規定的性能要求。1在設計墻體的保溫和隔熱時，應考慮兩個完整性1.1抗濕度的影響加氣混凝土砌塊需用砌筑砂漿砌筑形成砌體,且往往要在建筑的梁(板)底部及門窗洞口側邊,用實心磚(塊)填充。在施工時和竣工后的使用過程中,砌體要受到施工水分及地區自然氣候中的濕度等因素的影響。所以,加氣混凝土砌塊應用于墻體保溫隔熱工程中,不僅在砌筑技術上要采用與加氣混凝土砌塊性能配套的砌筑砂漿和填充磚(塊),而且在熱工性能計算時,不能僅以加氣混凝土砌塊在實驗室干燥狀態下檢測的導熱系數及蓄熱系數作為計算加氣混凝土砌體的熱阻及熱惰性指標,而應考慮砌筑砂漿及填充材料和砌體在施工及自然狀態下受濕氣影響形成的整體性。1.2凝土斑塊在墻體保溫擋墻工程中的應用加氣混凝土砌塊的體積密度一般都≤700kg/m3,強度級別最大為A7.5,只能在建筑的填充墻中采用。為此,加氣混凝土砌體不能脫離梁、柱、板等結構與構造要求的鋼筋混凝土構件獨立地作為建筑的墻身,而且也必須與砌體和主體構件的內、外抹灰層和飾面層形成“整墻體”。所以,加氣混凝土砌塊在墻體保溫隔熱工程中應用時,不僅要考慮砌體與鋼筋混凝土構件之間的牢固性,而且還要考慮專用砂漿抹灰層及飾面層形成“整墻體”的整體性。也就是說,在產品的研發生產中,必須以系統概念研究和應用適應于加氣混凝土砌塊的配套材料及技術。在墻體保溫隔熱節能工程的傳熱系數與熱惰性指標計算中,必須從“整墻體”綜合考慮結構性冷(熱)橋部位及內外抹灰層和飾面層材料熱物理性能的影響,不僅要求“整墻體”的平均傳熱系數Km及平均熱惰性指標Dm符合現行建筑節能設計標準的規定,而且還應通過建筑熱工節能設計,采取適宜的保溫措施要求結構性冷(熱)橋部位的低限傳熱阻Ro.b.min或傳熱系數限值Kb.max符合本地區冬季正常采暖條件下,外墻結構性冷(熱)橋部位的內表面溫度θi.b不小于室內空氣露點溫度td的規定。當平均熱惰性指標Dm不能滿足要求時,還可采用太陽輻射吸收系數ρs低的外飾面材料,使外墻的隔熱性能符合隔熱設計要求。2在涂料工程中，通過氣混凝土砌塊計算墻體溫度性能的參數2.1干燥狀態下的法相壓力混凝土砌塊的干密度、月初系數和蓄熱系數蒸壓加氣混凝土砌塊在實驗室干燥狀態下測定的干密度ρo、導熱系數λ及蓄熱系數S24見表1。2.2砌體填充作用蒸壓加氣混凝土砌體的計算導熱系數λc及計算蓄熱系數Sc,是如前所述考慮了含濕量和砌筑砂漿灰縫及填充磚(塊)等因素影響形成整體的計算值,基本上符合實際的砌體工況。λc及Sc是以加氣混凝土砌塊在干燥狀態下測定的導熱系數λ、蓄熱系數S24乘以考慮濕度及灰縫等因素影響的修正系數a,即λc=λ·a,Sc=S24·a,見表2。3通過加熱混凝土砌塊的應用，節能環保項目的應用3.1建筑涂料的節能應用3.1.1外墻自保溫系統中國建筑自保溫系統分在建筑的外墻中采用加氣混凝土砌體作填充墻,包含內外砂漿抹面層及飾面層的加氣混凝土砌體部位一般稱為外墻主體部位。考慮到框架梁、柱等結構性冷(熱)橋部位的影響,經建筑熱工節能設計計算的外墻平均傳熱系數Km及平均熱惰性指標Dm均符合現行建筑節能設計標準規定的限值時,加氣混凝土砌體部位即稱“加氣混凝土外墻自保溫系統”,也稱“外墻主體部位自保溫系統”。在冬季采暖地區應用加氣混凝土外墻自保溫系統時,應根據地區的冬季室內、外氣候計算參數驗算結構性冷(熱)橋部位要求的低限傳熱阻值(Ro.b.min),并采取適宜的保溫措施使該部位的低限傳熱阻設計值≥要求的低限傳熱阻值。3.1.2外墻保溫板外保溫蒸壓加氣混凝土薄板是在工廠生產加工成型的體積密度等級為B03、B04,長寬尺寸為300mm×300mm(或250mm×250mm),厚度為20mm~60mm的保溫隔熱板。由于質輕且導熱系數較小,可將其作為外墻的保溫隔熱層,用粘結砂漿粘貼在磚砌體或混凝土空心砌塊砌體等墻體基層外側,并與抹壓在薄板上的抗裂防水砂漿中間夾有耐堿玻纖網格布的保護層及外飾面層構成外墻外保溫系統。系統構造層次見圖1,技術要求應符合現行行業標準JGJ144《外墻外保溫技術規程》的有關規定。3.1.3外墻抹面保護加氣混凝土薄板外墻內保溫系統的構造層次見圖2,施工方法與外保溫系統基本相同。技術要點是:(1)當應用在潮濕房間的外墻時,應采用抗裂防水砂漿作抹面保護層。(2)除夏熱冬暖及溫和地區外的其他氣候區的建筑外墻采用該技術時,需對鋼筋混凝土結構性冷(熱)橋部位進行防止內表面冷凝的熱工計算,使該部位在有適當保溫處理后的傳熱阻值不小于要求的低限傳熱阻值Ro.b.man。3.2應用于內部涂料工程3.2.1加權混凝土砌體接枝系數加氣混凝土砌塊作為自保溫系統在框架結構體系的居住建筑分戶墻及分隔采暖、空調與非采暖、空調空間隔墻中應用時,填充墻部位除構造柱外基本上是加氣混凝土砌體,可采用加氣混凝土砌體部位的傳熱系數計算值Kp作為分戶墻及隔墻的傳熱系數K計算值。熱工計算時,可取分戶墻及隔墻兩側表面的熱交換系數αs=αi=8.7W/(m2·K),表面熱交換阻Rs=Ri=1/8.7=0.11(m2·K)/W。3.2.2凝土砌體部位加氣混凝土砌塊在框剪或剪力墻結構體系的居住建筑分戶墻及分隔采暖、空調與非采暖、空調空間隔墻中應用時,加氣混凝土砌體部位的面積較小,剪力墻部位占的面積較大。此時,應按墻體平均傳熱系數Km的計算方法,以加氣混凝土砌體部位的傳熱系數Kp及剪力墻部位的傳熱系數Kb,和加氣混凝土砌體部位的面積Fp及剪力墻部位的面積Fb在分戶墻或隔墻中所占的面積比值,用公式(1)計算Km,不能僅以加氣混凝土砌體部位的Kp作為分戶墻或隔墻的傳熱系數K值。4計算出的方程是每列的平均傳熱系數km和平均熱偶性指數m的計算方法4.1fp—計算公式外墻平均傳熱系數常采用下式計算:式中:Km—外墻平均傳熱系數[W/(m2·K)];Kp—外墻主體部位的傳熱系數[W/(m2·K)],按GB50176-93《民用建筑熱工設計規范》附錄二的規定計算;Fp—外墻主體部位的面積(m2);Kb.1、Kb.2、Kb.3、Kb.j—外墻上不同結構性冷(熱)橋部位的傳熱系數[W/(m2·K)];Fb.1、Fb.2、Fb.3、Fb.j—外墻上不同結構性冷(熱)橋部位的面積(m2),其面積之和用ΣFb.j表示。鑒于外墻上的結構性冷(熱)橋部位類型較多,分別計算其傳熱系數和面積不僅復雜,而且也不易計算準確。為便于計算,令Kb—外墻上結構性冷(熱)橋部位傳熱系數的表征值,Fb—結構性冷(熱)橋部位的總面積,Fb=ΣFb.j。因此,式(1)可寫為:同理,外墻平均熱惰性指標Dm可按下式計算:4.2計算要點4.2.1加權混凝土砌體的熱惡意程度計算方法結構性冷(熱)橋部位的傳熱系數和熱惰性指標表征值Kb和Db的計算方法與主體部位的傳熱系數Kp和熱惰性指標Dp的計算方法完全相同,只是在計算時,將加氣混凝土砌體部位的傳熱系數Kb和熱惰性指標Dp計算表中的加氣混凝土砌體改寫為鋼筋混凝土及其相應的計算參數,并取計算厚度相同即可便捷地計算出Kb和Db。4.2.2積和鋼筋混凝土梁、柱等結構性冷熱橋部位面積在外墻不含門第5位面積中占比的確定A和B分別為外墻上的加氣混凝土砌體部位面積和鋼筋混凝土梁、柱等結構性冷(熱)橋部位面積在外墻(不含門窗)面積中占的比值,可具體計算或根據建筑的結構體系按表3選擇。4.3太陽輻射吸收系數的確定對于輕質墻體材料,由于其蓄熱系數較小,往往在外墻的熱工節能計算時會出現外墻平均傳熱系數Km符合標準限值,而與之對應的Dm限值不符合規定的情況,亦即外墻的隔熱性能不符合要求。此時,可按式(2)選擇表面太陽輻射吸收系數ρs較小的淺色飾面涂料或飾面磚進行調整,使設計的平均熱惰性指標Dm.de相當于要求的平均熱惰性指標Dm.re值:式中:Dm.de—設計建筑外墻的平均熱惰性指標計算值;ρs—擬選擇的外墻飾面材料的表面太陽輻射吸收系數,可參照GB50176-93《民用建筑熱工設計規范》的附表2.6選擇。Dm.re—居住建筑節能設計標準中,與外墻平均傳熱系數Km值對應的外墻平均熱惰性指標Dm的限值。5正在應用綠色能源性能測試技術和數據應用中的問題5.1熱箱檢測與熱阻測試方法的關系墻體的熱工性能包含構成墻體材料的熱物理性能參數和墻體構件的熱工性能參數兩個方面。材料的熱物理性能參數主要是密度ρo、導熱系數λ和蓄熱系數S24三項;構件的熱工性能參數主要是熱阻R和熱惰性指標D兩項。目前,在材料的熱物理性能參數檢測方法中,大多采用現行國標GB10294-88《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法》,很少采用現行行業標準JGJ51《輕骨料混凝土技術規程》規定的方法。前者是建立在穩態傳熱條件下的測定方法,只能測定密度ρo和導熱系數λ。后者是建立在以24h為周期的非穩態(或瞬態)傳熱條件下的測定方法,可以同時測定出材料的密度ρo、導熱系數λ和蓄熱系數S24(通過ρo、λ和導溫系數a的測定計算導出)。輕骨料混凝土可能是絕熱材料,而絕熱材料則不一定是輕骨料混凝土。從國內科研、高校等單位多年來采用熱脈沖導熱系數測定儀對保溫材料的密度ρo、導熱系數λ和蓄熱系數S24檢測實踐結果看,采用JGJ51規定的方法測定保溫材料的λ和S24是完全可行的。至今由于占市場主導地位的都是GB10294-88規定的防護熱箱法,致使不少企業的保溫材料產品不能同時提出λ和S24的檢測值。同樣,墻體構件的熱工性能檢測,也僅只能按現行國標GB/T13475《建筑構件穩態熱傳遞性質的測定標定和防護熱箱法》的規定檢測構件的系統熱阻R。對于墻體構件的熱惰性指標D值,至今尚無相關的技術標準明確說明。加之墻體保溫隔熱工程竣工驗收時,也未明確提出對墻體熱惰性指標D值的要求,就更不可能激發相關部門去填補這個空白。就墻體構件的系統熱阻測定方法而論,目前有兩種防護熱箱尺寸:一種是WT-1515穩態熱傳遞性質測定裝置規定的試件面積為1840mm×1840mm;另一種是WRCD-1212穩態熱傳遞性質測定裝置規定的試件面積為1200mm×1200mm。兩者試件面積相差2.35倍,且箱體內的檢測設備也不完全相同。盡管這兩種熱箱測試方法都被有資質的檢測機構或高校的實驗室采用,但至今未見文獻對兩種方法測定同一墻體構件的系統熱阻測試結果進行比較分析,說明沒有差異。我們曾多次見過這兩種尺寸的熱箱測定同一墻體材料構件的傳熱系數K值,結果都相差較大,而且無規律。用材料的熱物理性能參數及墻體構造進行計算表明,大尺寸防護熱箱測定的K值較符合實際。GB/T13475-2008已于2009年4月1日起實施,可至今仍有不少檢測單位是按WRCD-1212規定的試件尺寸進行測試,這是違規的。對于以上墻體熱工性能檢測技術上存在的問題,應實事求是地研究、完善和進一步規范。5.2墻體熱阻的檢測墻體熱工性能檢測數據應用中存在的問題,主要表現在以下兩方面:一是如前所述,直接采用實驗室測定的材料導熱系數λ和蓄熱系數S24計算墻體材料層的熱阻,而不是采用乘以修正系數a后的計算導熱系數λc和計算蓄熱系數Sc。二是墻體構件的檢測結果不是按GB/T13475-2008的規定,給出檢測構件的系統熱阻(或構件熱阻),而是給出傳熱系數值。應當指出,通過檢測提出構件的系統熱阻(或構件熱阻)R是正確的。因為,構件檢測中的兩側邊界條件與墻體在熱工計算中的邊界條件完全不一致,熱工計算中是取內表面熱交換阻Ri=1/87=0.11(m2·K)/W,外表面熱交換阻Re=1/23=0.04(m2·K)/W,內、外表面熱交換阻Ri+Re=0.15(m2·K)/W。大量的檢測數據表明,有些檢測單位采用的防護熱箱法測定的構件兩側的表面熱交換阻都非常小(因氣流速度較大),且相差也很小,兩側表面熱交換阻之和都小于0.05(m2·K)/W,一般為0.026(m2·K)/W。所以,按照實測的兩測表面熱交換阻計算的構件傳熱系數K值,必然大于熱工計算中取Ri+Re=0.15(m2·K)/W計算的傳熱系數K值,實際上是將構件的系統熱阻(或構件熱阻)減少了0.10(m2·K)/W~0.12(m2·K)/W。而有些檢測單位采用的防護熱箱法測定的構件兩側的表面熱交換阻則偏大,在0.25(m2·K)/W以上,測定的傳熱系數就必然偏小。另外從節能設計應用上講,墻體熱工計算