圍護結構保溫設計與熱工計算

PAGEPAGE16圍護結構保溫設計與熱工計算TemperatureKeepingDesigningandThermalAnalysisandComputationofDamp-proofingforOuterEnvelope[摘要]本文通過工程實例，介紹了某小高層住宅外墻外保溫的設計、外圍護結構的熱工計算和分析方法，供同行在設計與計算類似工程時參考。[Abstrct]Aintroductionofthedesigningmethodsofexteriorwall’sexternalinsulationsystemandthethermalanalysisandcomputationofdamp-proofingforouterenvelopewhichbasedonexamplesanalysis.[關鍵詞]外墻外保溫設計技術外圍護結構熱工計算與分析[Keywords]designingmethodsofexteriorwall’sexternalinsulationsystem;damp-proofingforouterenvelope;thermalanalysisandcomputation.概述建筑節(jié)能是貫徹國民經濟可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，在建筑中外圍護結構的熱損耗較大，外圍護結構中墻體又占了很大的比例，冬季通過墻體散發(fā)的熱量約為建筑總散發(fā)量的20%，夏季通過外墻體吸收的熱量約為建筑總吸收量的30%，所以建筑墻體改革和墻體節(jié)能技術是建筑節(jié)能技術的一個主要的環(huán)節(jié)，發(fā)展外墻保溫技術及節(jié)能材料是建筑節(jié)能的主要實現方式。近年來，隨著我國節(jié)能工作的不斷深入，出現了各種各樣的保溫技術和體系，魚目混珠、各有千秋，也有不少不符合標準要求的工程出現，有設計的原因、也有施工的原因等等。下面通過工程實例，介紹了某小高層住宅外墻外保溫的設計技術與外圍護結構的熱工計算。工程構造設計2.1墻體某小高層住宅結構采用剪力墻體系，填充墻采用淤泥質粉煤灰多孔磚。在墻體外面采用專用粘結劑外貼25厚擠塑聚苯板，專用聚合物面層砂漿作保護層，以耐堿玻璃網格布作為增強層。2.2屋面層數施工做法（由上上至下）第1層40厚C20細石砼φφ6間隔200第2層20厚1：3水泥砂漿第3層35厚擠塑板第4層2厚聚氨酯防水材材料第5層20厚1：3水泥砂漿第6層100厚粉煤灰灰陶粒砼第7層120厚鋼筋砼砼2.3門窗戶門采用門芯填20mm厚礦棉保溫，外窗采用單框雙玻（真空）塑料窗，玻璃厚度6mm，空氣厚度8mm。2.4樓梯間隔墻采用240厚淤泥質粉煤灰多孔磚墻作為主保溫材料。2.5底層上層樓板層數施工做法（由上上至下）第1層20厚水泥砂漿第2層120厚鋼筋砼砼第3層25厚擠塑板第4層3厚聚合物砂漿第5層耐堿網格布第6層3厚聚合物砂漿第7層膩子、涂料建筑熱工設計計算依據3.1《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176-19933.2《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ134-20013.3《江蘇省民用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設計標準》DB32/478-20013.4《外墻外保溫工程技術規(guī)程》JGJ144-20043.5《民用建筑節(jié)能工程現場熱工性能檢測標準》DGJ32/J23-2006建筑熱工設計基本計算公式4.1圍護結構熱阻R（m2*K/W）單一材料層的熱阻RR=δ/λ（δ為材料厚度，λ為導熱系數）多層勻質材料熱阻RR=R1+R2+……+Rn（Rn為某層材料的熱阻）4.2圍護結構傳熱阻R0（m2*K/W）R0=Ri+∑R+Re（Ri、Re為內外表面換熱阻）4.3圍護結構傳熱系數K（W/m2*K）K=1/R04.4圍護結構的熱惰性指標D單一材料層的熱惰性指標DD=R*S（S為材料的蓄熱系數）多層圍護結構的熱惰性指標DD=D1+D2+……+Dn4.5圍護結構的保溫隔熱層厚度δ（m）δ=λR=λ（1/K-R0）=λ（R0min-∑R-Ri-Re）有關的參數與計算指標5.1體形系數計算體形系數=外表面積/建筑體積=3085.45m2/9852.46m3=0.3135.2表面換熱阻根據DGJ32/J23-2006《民用建筑節(jié)能工程現場熱工性能檢測標準》及GB50176-1993《民用建筑熱工設計規(guī)范》的規(guī)定取值如下：構件內表面空氣換熱熱阻Ri（m2*K/W）外表面空氣換熱熱阻Re（m2*K/W）屋面0.110.04外墻0.110.04熱橋0.110.04分戶墻0.110.11樓板0.110.17底層通風樓板0.110.085.3各朝向磚墻面積、砼面積及窗戶面積（按一標準層計算）窗朝向窗墻體總面積（m2）窗戶面積（m2）砼墻面積（m2）磚墻面積（m2）窗墻面積比南向66.7822.9243.8600.343北向66.7816.1750.6100.242東向46.328.8211.0326.470.190西向33.085.5510.9916.540.168東向混凝土墻面積：磚墻面積=11.03：26.47=29.4%：70.6%西向混凝土墻面積：磚墻面積=10.99：16.54=40.0%：60.0%熱工計算與分析6.1墻體熱工計算與分析6.1.1墻體熱工計算：（南墻、北墻）施工方法材料熱工指標材料名稱（由內至外）厚度（m）干密度kg/m3導熱系數W/m*K蓄熱系數W/m2*KK熱阻m2*K/W熱惰性指標導熱系數修正系系數1外墻涂料2聚合物砂漿3耐堿網格布4聚合物砂漿5擠塑板0.025300.0300.540.6940.3751.206界面劑7水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.008砼墻0.20025001.7417.200.1151.9781.009水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.00內外表面換熱阻阻0.150墻體熱阻RoRo=Ri+∑∑R+Ree=1.0005mm2*K/WW墻體傳熱系數KKK=1/Roo=0.9995WW/m22*K墻體熱惰性指標標∑D=2.85驗算結果分析：根據DB32/478-2001中表5.4墻體傳熱阻值的要求，當D=1.6-4時，熱阻必須符合R≥0.69m2*K/W（南墻），或R≥0.83m2*K/W（北墻）。經上述分析計算，本工程中墻體熱惰性指標D=2.85，墻體的熱阻為1.005m2*K/W，故采用25mm厚擠塑板作主保溫材料的南墻和北墻熱工指標滿足規(guī)范的要求。6.1.2墻體熱工計算：（西墻、東墻）混凝土部分（包括熱橋）施工方法材料熱工指標材料名稱（由內至外）厚度（m）干密度kg/m3導熱系數W/m*K蓄熱系數W/m2*KK熱阻m2*K/W熱惰性指標導熱系數修正系系數1外墻涂料2聚合物砂漿3耐堿網格布4聚合物砂漿5擠塑板0.025300.0300.540.6940.3751.206界面劑7水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.008砼墻0.20025001.7417.200.1151.9781.009水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.00內外表面換熱阻阻0.150墻體熱阻RoRo=Ri+∑∑R+Ree=1.0005mm2*K/WW墻體傳熱系數KKK=1/Roo=0.9995WW/m22*K墻體熱惰性指標標∑D=2.85磚墻部分施工方法材料熱工指標材料名稱（由內至外）厚度（m）干密度kg/m3導熱系數W/m*K蓄熱系數W/m2*KK熱阻m2*K/W熱惰性指標導熱系數修正系系數1外墻涂料2聚合物砂漿3耐堿網格布4聚合物砂漿5擠塑板0.025300.0300.540.6940.3751.206界面劑7水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.008磚墻0.24014000.587.920.4143.2801.009水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.00內外表面換熱阻阻0.150墻體熱阻RoRo=Ri+∑∑R+Ree=1.3304mm2*K/WW墻體傳熱系數KKK=1/Roo=0.7767WW/m22*K墻體熱惰性指標標∑D=4.15根據混凝土墻和磚墻的比例，采用上述構造設計的東墻的傳熱阻（混凝土墻占29.4%，磚墻占70.6%）為Ro=1/[29.4%*（1/1.005）+70.6%*（1/1.304）]=1.200m2*K/W，西墻的傳熱阻（混凝土墻占40.0%，磚墻占60.0%）為Ro=1/[40.0%*（1/1.005）+60.0%*（1/1.304）]=1.166m2*K/W，東墻的熱惰性指標∑Do=2.85*29.4%+4.15*70.6%=3.77＜4，西墻的熱惰性指標∑Do=2.85*40.0%+4.15*60.0%=3.63＜4。驗算結果分析：根據DB32/478-2001中表5.4墻體傳熱阻值的要求，當ρ≥0.6，D=1.6-4時，熱阻必須符合R≥0.80m2*K/W（東西墻）。經上述分析計算，本工程中東西墻體熱惰性指標D=3.77和D=3.63均小于4，墻體的熱阻分別為1.200m2*K/W和1.166m2*K/W均大于0.80m2*K/W，故采用25mm厚擠塑板作主保溫材料的東墻和西墻熱工指標滿足規(guī)范的要求。6.2屋面熱工計算與分析施工方法材料熱工指標材料名稱（由上至下）厚度（m）干密度kg/m3導熱系數W/m*K蓄熱系數W/m2*KK熱阻m2*K/W熱惰性指標導熱系數修正系系數1C20細石砼φφ60.04023001.5115.360.0260.4001.0021：3水泥砂漿0.02018000.9311.370.0220.2501.003擠塑板0.035300.0300.540.9720.5251.204聚氨酯防水材料料51：3水泥砂漿0.02018000.9311.370.0220.2501.006粉煤灰陶粒砼0.10011000.446.300.2271.4301.007鋼筋砼0.12025001.7417.200.0691.1871.008膩子內外表面換熱阻阻0.150墻體熱阻RoRo=Ri+∑∑R+Ree=1.4488mm2*K/WW墻體傳熱系數KKK=1/Roo=0.6672WW/m22*K墻體熱惰性指標標∑D=4.0422驗算結果分析：根據DB32/478-2001中表5.3各地區(qū)屋面?zhèn)鳠嶙柚档囊?，當?0.7-0.85，D＞3時，屋面?zhèn)鳠嶙璞仨毞蟁≥1.26m2*K/W。經上述分析計算，本工程中屋面熱惰性指標D=4.042＞3，ρ=0.7-0.85，屋面?zhèn)鳠嶙铻?.488m2*K/W，故采用35mm厚擠塑板作主保溫材料的屋面熱工指標滿足規(guī)范的要求。6.3外窗熱工計算與分析6.3.1不同朝向的窗墻面積比、傳熱阻值見下表：窗朝向窗墻面積比傳熱阻m2*KK/W標準要求設計計算值標準要求南向≤0.350.343≥1/4.7北向≤0.250.242≥1/3.0東向≤0.150.190≥1/4.7西向≤0.150.168≥1/4.76.3.2根據DB32/478-2001中5.51條及附錄C確定外窗的技術參數如下表：窗朝向傳熱系數W//m2*K外窗技術參數南向≤4.7單框雙玻（真空空）塑料窗窗，玻璃厚厚度6mmm，空氣厚厚度8mmm北向≤2.7單框雙玻（真空空）塑料窗窗，玻璃厚厚度6mmm，空氣厚厚度8mmm東向≤4.7單框雙玻（真空空）塑料窗窗，玻璃厚厚度6mmm，空氣厚厚度8mmm西向≤4.7單框雙玻（真空空）塑料窗窗，玻璃厚厚度6mmm，空氣厚厚度8mmm6.4樓梯間隔墻熱工計算與分析施工方法材料熱工指標材料名稱（由內至外）厚度（m）干密度kg/m3導熱系數W/m*K蓄熱系數W/m2*KK熱阻m2*K/W熱惰性指標導熱系數修正系系數1水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.002淤泥多孔磚墻0.24014000.587.920.4143.2801.003水泥砂漿粉刷0.02017000.8710.750.0230.2471.00內外表面換熱阻阻0.220墻體熱阻RoRo=Ri+∑∑R+Ree=0.6680mm2*K/WW墻體傳熱系數KKK=1/Roo=1.4471W/m2*K墻體熱惰性指標標∑D=3.7744驗算結果分析：根據DB32/478-2001中5.7.2條：與封閉式樓梯間相鄰的隔墻，當建筑為1-6層時，其傳熱阻值應為北墻的60%；當建筑為7-30層時，其傳熱阻值應為北墻的50%。在本工程中也就是R=1.005*60%=0.603m2*K/W和R=1.005*50%=0.5025m2*K/W，通過上述計算，本工程樓梯間的隔墻的傳熱阻值為0.680m2*K/W，熱工指標滿足規(guī)范的要求。6.5底層上層樓板熱工計算與分析施工方法材料熱工指標材料名稱（由上至下）厚度（m）干密度kg/m3導熱系數W/m*K蓄熱系數W/m2*KK熱阻m2*K/W熱惰性指標導熱系數修正系系數1水泥砂漿0.02018000.9311.370.0220.2501.002鋼筋砼0