喷涂聚氨酯硬泡外保温系统性能研究

喷涂聚氨酯硬泡外保温系统性能研究主要阐明了喷涂聚氨酯硬泡外保温系统中外挂装饰板所使用的龙骨产生的热桥效应以及由于龙骨外挂装饰板材所产生的空气层对系统抗风压性能的影响。通过建立足尺寸模拟房屋的大型实验，确定了热桥对外保温系统保温性能的影响程度，又通过大型风压试验确定了喷涂聚氨酯硬泡外保温系统中外挂装饰板做法的抗风荷载能力，为龙骨外挂装饰板的聚氨酯硬泡外保温系统的推广提供了依据。0引言目前，我国建筑外墙保温主要采用外保温系统，由于系统由多种材料和配件组成，因而会在细部处理中不可避免的出现不均匀传热，俗称热桥。热桥的出现会对保温系统的保温效果产生一定的影响，尤其是在有金属龙骨存在的系统中。究竟金属龙骨的热桥效应对建筑保温系统保温节能效果的影响到底有多大，对此国内外业界人士反映不一。国外认为龙骨热桥对保温效果的影响不大，可以忽略不计；而国内普遍认为龙骨热桥现象对保温效果的影响较大，必须进行相应的技术处理。两种意见分歧较大，但都仅仅停留在理论推测上，即采用某种特定的计算模型进行龙骨热桥影响的计算，缺乏实际的试验和测试来支持，业内人士对金属龙骨的应用一直以来都存在顾虑。此外，由于该类保温系统均采用了龙骨外挂装饰板材，这样就不可避免地在装饰板材与保温层之间存在空气层，空气层的存在又会导致系统抗风压问题的产生，即由于空气层而导致的负风压效应对系统使用的安全性能产生影响，但影响的程度有多大，目前还未做过详尽的研究。为了更好地使业内人士了解金属龙骨热桥对保温系统保温效果的影响以及空气层对保温系统抗风压性能的影响，基于专门的实验测试，对金属龙骨热桥效应以及系统的抗风压性能进行详细的探讨，从理论上和实际试验中确定金属龙骨热桥对房屋内外热量交换的影响程度以及系统的抗风压性能，为喷涂聚氨酯硬泡外保温系统外挂装饰板材做法的推广提供使用性能和安全性能方面的技术支持。1喷涂聚氨酯硬泡外保温系统龙骨热桥效应的研究1．1热桥形成的原因及部位热桥是指建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的“桥梁”，故称为热桥。热桥往往是由于该部位的传热系数比相邻部位差别大、保温性能差别大所致，在围护结构中这是一种十分常见的现象。1．2金属龙骨热桥研究的原则和目的随着我国建筑节能标准的不断提高，对外墙外保温技术提出了更高的要求。在我国，生产工厂化、保温装饰一体化、施工装配化是未来外墙外保温技术发展的方向。而高层建筑、沿海风大地区以及装配化施工中为了保证外保温系统的安全性需要采用机械固定或粘挂结合的外保温体系，由于使用了金属固定件，就不可避免存在热桥影响。本文将针对喷涂聚氨酯硬泡外保温系统外挂装饰板材做法的传热特性进行研究，着重研究该系统中金属龙骨、预埋件、连接件部位所产生的热桥传热对室内热损失的影响。从基础研究出发，结合工程实际，通过大型试验测定、了解并验证金属龙骨部位的热桥对房屋传热的影响，并将其结果与数值计算结果进行对比分析，用于指导工程实践。1．3对金属龙骨热桥研究的方法喷涂聚氨酯硬泡外保温系统外挂装饰板做法中易形成明显热桥现象的是：外挂装饰板材一般通过金属预埋件、龙骨等来安装，金属预埋件和钢龙骨等易出现明显的热桥现象。本实验研究主要就喷涂聚氨酯硬泡外挂装饰板保温系统进行实际的测试，因为该系统以其施工便捷性和安全性在国内外应用较多。我们将通过现场测试为其热桥的影响分析提供数据支持，研究外挂装饰板材系统中的金属预埋件和钢龙骨产生的热桥问题，经过试验确定金属预埋件和钢龙骨对房屋内外热量交换的影响程度。具体的研究方法如下：采用两幢足尺寸实体建筑，其保温系统分别为喷涂聚氨酯硬泡外挂装饰板系统和喷涂聚氨酯硬泡外贴面砖保温系统，通过测量处于同一环境中的两幢建筑物墙体内外的温度变化，并经过理论与试验分析确定预埋件和龙骨对热量交换的影响程度，拟定的测试方法如下(本文阐述的是夏季空调制冷情况)：实体内部同时自然升温，观察升温速度。两个试验实体的温度同时降至17℃1.3.1足尺寸实验屋的概况本文所进行的热桥研究依托于两栋足尺寸的实验实体，两幢实验实体墙体均由加气混凝土砌块建成，屋顶采用加气混凝土板盖就两栋房屋一栋采用喷涂聚氨酯硬泡保温系统龙骨外挂装饰板材(见图1，I号屋，以下称为有龙骨聚氨酯硬泡保温系统)，另一栋采用喷涂聚氨酯硬泡外贴面砖系统(见图2，II号屋，以下称为无龙骨聚氨酯硬泡保温系统)，对此两种系统进行热桥效应的实验和分析。I号屋基本状况：外形：长×宽×高=580cmx430cmx270cm墙厚度：24cm聚氨酯保温层厚度：4．5cm空气层厚度：7cm大理石板材厚：2cm龙骨布置：整间房屋从底端到屋顶3排横龙骨，横龙骨的间隔为：0．9m；竖龙骨每隔lm为l排，横竖龙骨均使用角钢(边长4cm×4cm)，按此布置完成整间房屋的龙骨施工，其中预埋件采用角钢(边长4cm×4cm)，形状为L型，长端长20cm，短端长10cm，预埋件露出墙体的部分为II号屋基本状况：外形：长×宽×高=560cm×410cm×270cm墙厚度：24cm聚氨酯保温层厚度：4．5cm瓷砖长宽：25cm×10cm实验屋的现场图如图3所示。1．3．2足尺寸实验屋的构造及测试点的布置I号屋：有龙骨体系聚氨酯保温系统试验屋测试点分别布置于：①室内、内墙表面；②龙骨内、外两端；③保温层内外两侧；④空气隔层；⑤板材外表面与室外空气。温度测试点布置图如图3。II号屋：无龙骨体系聚氨酯保温系统试验屋测试点分别布置于：①室内、内墙表面；②保温层内外两侧；③找平层内外两侧；④瓷砖层内外两侧；⑤瓷砖外表面与室外空气。其温度测试点布置图如图4。1．4实验过程及数据分析其实验方法为：实体内部同时自然升温，观察升温速度，具体为两个试验实体的温度同时降至17℃，然后关闭空调，让实体内的温度自然升温，同时开启多点温度巡检仪记录各测试经过实验，获取了丰富的数据，对数据进行分析，分析如下：(1)室内温度变化曲线图分析数据分析，见图5。从温度变化曲线中可以看出：有龙骨体系和无龙骨体系室内温度在自然升温过程中的温度变化曲线一致，并且温度大小基本一致，从室内温度变化曲线上来看，两个不同的系统对室内温度的影响基本相同。两种体系室内温度变化稳定，受室外温度变化的干扰小，表明了聚氨酯硬泡保温系统的优越性，即能保持室内温度的稳定性。(2)模拟房屋墙体内表面红外线温度扫描分析为从定性上进一步确定钢质预埋件的热量传输情况，我们对内墙体还进行了红外线扫描，该测试仪的精度为0．1℃，即如果经预埋件传入内墙表面的温度与周围温度差只要超过0．1(3)金属预埋件传热理论分析模型的建立：传热量计算公式(遵循傅立叶导热基本定律)：由于我们的试验过程中，温度时刻处于变化之中，不能选择稳定的温度差，因此，我们对温度变化曲线进行简化(考虑最不利因素)，进行传热总量的理论计算。经过计算可知：因此，由预埋件传入的热量使墙体升高的温度占墙体总升高温度的比率为：0．3／3．3×100％=9％，所占比例较少。2喷涂聚氨酯硬泡外保温系统外挂装饰板材抗风压性能的研究非抗震设计的干挂板材，风荷载起控制作用。板材本身必须具有足够的承载力，避免在风压下破碎。在风力作用下，干挂板材与主体结构的连接承受很大的拉力，因此，其强度和刚度都必须充分注意，以免干挂板材系统拔出、塌落。风力的作用特点：空气的流动成为风，风作用在建筑物上，使建筑物受到双重的作用：一方面风力使建筑物受到一个基本上比较稳定的风压力；另一方面风又使建筑物产生风力振动(风振)。由于这种双重作用，建筑物既受到静力的作用，又受到动力的作用。作用在建筑物上的风压力与风速有关，风力在建筑表面的分布：风力在建筑物表面上的分布是很不均匀的，它取决于其平面形状、立面体型和高宽比。通常，在迎风面上产生风压力，在侧风面和背风面产生风吸力。迎风面的风压力在建筑物的中部最大；侧风面和背风面的风吸力则在建筑物的角区最大。风速是脉动的，作用在客体上的风压不仅是脉动的，而且在空间位置上也是随机的。若简单地采用脉动风速中某个瞬时最大值为特征，构成客体上的风压无疑是保守的。因此，以某个时距的平均风速作为特征比较合理。根据以上有关风力的特点，结合具体的外保温系统构造，制订试验方法如下：2．1试验方法A：试样试样由基层墙体和被测外保温系统组成。基层墙体可为混凝土墙或砖墙。为了模拟空气渗漏，在基层墙体上每平方米预留一个直径15mm的洞。尺寸至少为2．0m×2．5m，被测系统按要求施工。B：试验设备试验设备是一个负压箱。负压箱应有足够的深度，以保证在外保温系统可能的变形范围内能使施加在系统上的压力保持恒定。试样安装在负压箱开口中并沿基层墙体周边进行固定和密封。C：试验步骤对系统进行加压试验，每级试验包含1415个负风压脉冲，加压图形以试验风荷载Q的百分数表示，Q取1kPa的整数倍。试验应从设计要求的风荷载值wd降低两级开始，并以1kPa的级差由低向高逐级进行直至试样破坏。有下列现象之一时，即表示试样破坏：保温层脱落；保温层与其保护层之间出现分层；保护层本身脱开；当采用面砖饰面时，塑料锚栓被拉出。D：试验结果计算系统抗风压值Rd按式进行计算。2．2试验模型的制作本次实验主要测试喷涂聚氨酯硬泡保温系统外挂装饰板材做法的抗风荷载实验，系统的组成情况为：将预埋件通过膨胀螺栓与基面连接(预埋件间隔1m)，将龙骨用螺栓与预埋件进行连接，再喷涂4cm聚氨酯保温层，然后通过专用连接件将石材连接在龙骨上，形成外饰面。具体如图7所示。2．3试验结果将施工完毕后的系统推入实验室进行抗风荷载的实验，试验系统装置如图8所示。对系统进行规范规定的加压实验，实验完毕后的系统未受到任何损伤，实验后的系统细部无变化。经过实验，测定该系统的抗风压值检验结果为：6．7kPa无破坏。举例说明该强度的大小：普通建筑物40层，按遭受100年一次的大风计算，其抗风荷载值<3．0kPa，因此该系统在抗风压值上可以满足GB50009--2001《建筑结构荷载规范》的风压值设计要求。3结语(1)由于墙体的构造及功能要求，必然要形成多种材料和配件组成的不均匀传热体，因而即使对墙体进行保温处理，也会在细部不可避免地要出现热桥。热桥的出现会对保温系统的保温效果产生一定的影响。(2)金属龙骨热桥的出现对保温效果具有一定的影响，但影响并不像想象中的那么大。以喷涂聚氨酯硬泡保温系统外挂装饰板材做法为例，由于使用了金属预埋件，不可避免地会出现热桥现象，但影响不大，金属龙骨热桥现象造成的热量流入引起的室