加气混凝土砌块在墙体保温隔热工程中的应用

加气混凝土砌块在墙体保温隔热工程中的应用

蒸压混凝土砌块是轻混凝土建筑材料。具有保温、隔热、消防、重量轻等特点。广泛应用于各种类型的建筑墙体工程中。实施居住建筑和公共建筑节能设计标准后,加气混凝土砌块以其自身的特点,充分发挥了它在墙体保温隔热工程中的技术优势。但在应用过程中,一方面是未从加气混凝土砌体和形成建筑墙体后的整体性考虑解决砌体与墙体热工性能计算中的问题,另一方面是未从系统应用技术上去研发生产与之适应的配套材料及技术,致使在墙体保温隔热工程中应用时的墙体热工性能计算不确切,构造措施不完善,表面开裂现象较为普遍,使设计和建设单位对其在建筑墙体工程中的应用都有所顾虑。本文着重从加气混凝土砌块在建筑墙体保温隔热工程中应用的几个主要问题予以论述,以使其在应用中既能发挥产品特点,又能实事求是地符合建筑节能设计标准对墙体保温隔热工程规定的性能要求。1在设计墙体的保温和隔热时，应考虑两个完整性1.1抗湿度的影响加气混凝土砌块需用砌筑砂浆砌筑形成砌体,且往往要在建筑的梁(板)底部及门窗洞口侧边,用实心砖(块)填充。在施工时和竣工后的使用过程中,砌体要受到施工水分及地区自然气候中的湿度等因素的影响。所以,加气混凝土砌块应用于墙体保温隔热工程中,不仅在砌筑技术上要采用与加气混凝土砌块性能配套的砌筑砂浆和填充砖(块),而且在热工性能计算时,不能仅以加气混凝土砌块在实验室干燥状态下检测的导热系数及蓄热系数作为计算加气混凝土砌体的热阻及热惰性指标,而应考虑砌筑砂浆及填充材料和砌体在施工及自然状态下受湿气影响形成的整体性。1.2凝土斑块在墙体保温挡墙工程中的应用加气混凝土砌块的体积密度一般都≤700kg/m3,强度级别最大为A7.5,只能在建筑的填充墙中采用。为此,加气混凝土砌体不能脱离梁、柱、板等结构与构造要求的钢筋混凝土构件独立地作为建筑的墙身,而且也必须与砌体和主体构件的内、外抹灰层和饰面层形成“整墙体”。所以,加气混凝土砌块在墙体保温隔热工程中应用时,不仅要考虑砌体与钢筋混凝土构件之间的牢固性,而且还要考虑专用砂浆抹灰层及饰面层形成“整墙体”的整体性。也就是说,在产品的研发生产中,必须以系统概念研究和应用适应于加气混凝土砌块的配套材料及技术。在墙体保温隔热节能工程的传热系数与热惰性指标计算中,必须从“整墙体”综合考虑结构性冷(热)桥部位及内外抹灰层和饰面层材料热物理性能的影响,不仅要求“整墙体”的平均传热系数Km及平均热惰性指标Dm符合现行建筑节能设计标准的规定,而且还应通过建筑热工节能设计,采取适宜的保温措施要求结构性冷(热)桥部位的低限传热阻Ro.b.min或传热系数限值Kb.max符合本地区冬季正常采暖条件下,外墙结构性冷(热)桥部位的内表面温度θi.b不小于室内空气露点温度td的规定。当平均热惰性指标Dm不能满足要求时,还可采用太阳辐射吸收系数ρs低的外饰面材料,使外墙的隔热性能符合隔热设计要求。2在涂料工程中，通过气混凝土砌块计算墙体温度性能的参数2.1干燥状态下的法相压力混凝土砌块的干密度、月初系数和蓄热系数蒸压加气混凝土砌块在实验室干燥状态下测定的干密度ρo、导热系数λ及蓄热系数S24见表1。2.2砌体填充作用蒸压加气混凝土砌体的计算导热系数λc及计算蓄热系数Sc,是如前所述考虑了含湿量和砌筑砂浆灰缝及填充砖(块)等因素影响形成整体的计算值,基本上符合实际的砌体工况。λc及Sc是以加气混凝土砌块在干燥状态下测定的导热系数λ、蓄热系数S24乘以考虑湿度及灰缝等因素影响的修正系数a,即λc=λ·a,Sc=S24·a,见表2。3通过加热混凝土砌块的应用，节能环保项目的应用3.1建筑涂料的节能应用3.1.1外墙自保温系统中国建筑自保温系统分在建筑的外墙中采用加气混凝土砌体作填充墙,包含内外砂浆抹面层及饰面层的加气混凝土砌体部位一般称为外墙主体部位。考虑到框架梁、柱等结构性冷(热)桥部位的影响,经建筑热工节能设计计算的外墙平均传热系数Km及平均热惰性指标Dm均符合现行建筑节能设计标准规定的限值时,加气混凝土砌体部位即称“加气混凝土外墙自保温系统”,也称“外墙主体部位自保温系统”。在冬季采暖地区应用加气混凝土外墙自保温系统时,应根据地区的冬季室内、外气候计算参数验算结构性冷(热)桥部位要求的低限传热阻值(Ro.b.min),并采取适宜的保温措施使该部位的低限传热阻设计值≥要求的低限传热阻值。3.1.2外墙保温板外保温蒸压加气混凝土薄板是在工厂生产加工成型的体积密度等级为B03、B04,长宽尺寸为300mm×300mm(或250mm×250mm),厚度为20mm~60mm的保温隔热板。由于质轻且导热系数较小,可将其作为外墙的保温隔热层,用粘结砂浆粘贴在砖砌体或混凝土空心砌块砌体等墙体基层外侧,并与抹压在薄板上的抗裂防水砂浆中间夹有耐碱玻纤网格布的保护层及外饰面层构成外墙外保温系统。系统构造层次见图1,技术要求应符合现行行业标准JGJ144《外墙外保温技术规程》的有关规定。3.1.3外墙抹面保护加气混凝土薄板外墙内保温系统的构造层次见图2,施工方法与外保温系统基本相同。技术要点是:(1)当应用在潮湿房间的外墙时,应采用抗裂防水砂浆作抹面保护层。(2)除夏热冬暖及温和地区外的其他气候区的建筑外墙采用该技术时,需对钢筋混凝土结构性冷(热)桥部位进行防止内表面冷凝的热工计算,使该部位在有适当保温处理后的传热阻值不小于要求的低限传热阻值Ro.b.man。3.2应用于内部涂料工程3.2.1加权混凝土砌体接枝系数加气混凝土砌块作为自保温系统在框架结构体系的居住建筑分户墙及分隔采暖、空调与非采暖、空调空间隔墙中应用时,填充墙部位除构造柱外基本上是加气混凝土砌体,可采用加气混凝土砌体部位的传热系数计算值Kp作为分户墙及隔墙的传热系数K计算值。热工计算时,可取分户墙及隔墙两侧表面的热交换系数αs=αi=8.7W/(m2·K),表面热交换阻Rs=Ri=1/8.7=0.11(m2·K)/W。3.2.2凝土砌体部位加气混凝土砌块在框剪或剪力墙结构体系的居住建筑分户墙及分隔采暖、空调与非采暖、空调空间隔墙中应用时,加气混凝土砌体部位的面积较小,剪力墙部位占的面积较大。此时,应按墙体平均传热系数Km的计算方法,以加气混凝土砌体部位的传热系数Kp及剪力墙部位的传热系数Kb,和加气混凝土砌体部位的面积Fp及剪力墙部位的面积Fb在分户墙或隔墙中所占的面积比值,用公式(1)计算Km,不能仅以加气混凝土砌体部位的Kp作为分户墙或隔墙的传热系数K值。4计算出的方程是每列的平均传热系数km和平均热偶性指数m的计算方法4.1fp—计算公式外墙平均传热系数常采用下式计算:式中:Km—外墙平均传热系数[W/(m2·K)];Kp—外墙主体部位的传热系数[W/(m2·K)],按GB50176-93《民用建筑热工设计规范》附录二的规定计算;Fp—外墙主体部位的面积(m2);Kb.1、Kb.2、Kb.3、Kb.j—外墙上不同结构性冷(热)桥部位的传热系数[W/(m2·K)];Fb.1、Fb.2、Fb.3、Fb.j—外墙上不同结构性冷(热)桥部位的面积(m2),其面积之和用ΣFb.j表示。鉴于外墙上的结构性冷(热)桥部位类型较多,分别计算其传热系数和面积不仅复杂,而且也不易计算准确。为便于计算,令Kb—外墙上结构性冷(热)桥部位传热系数的表征值,Fb—结构性冷(热)桥部位的总面积,Fb=ΣFb.j。因此,式(1)可写为:同理,外墙平均热惰性指标Dm可按下式计算:4.2计算要点4.2.1加权混凝土砌体的热恶意程度计算方法结构性冷(热)桥部位的传热系数和热惰性指标表征值Kb和Db的计算方法与主体部位的传热系数Kp和热惰性指标Dp的计算方法完全相同,只是在计算时,将加气混凝土砌体部位的传热系数Kb和热惰性指标Dp计算表中的加气混凝土砌体改写为钢筋混凝土及其相应的计算参数,并取计算厚度相同即可便捷地计算出Kb和Db。4.2.2积和钢筋混凝土梁、柱等结构性冷热桥部位面积在外墙不含门第5位面积中占比的确定A和B分别为外墙上的加气混凝土砌体部位面积和钢筋混凝土梁、柱等结构性冷(热)桥部位面积在外墙(不含门窗)面积中占的比值,可具体计算或根据建筑的结构体系按表3选择。4.3太阳辐射吸收系数的确定对于轻质墙体材料,由于其蓄热系数较小,往往在外墙的热工节能计算时会出现外墙平均传热系数Km符合标准限值,而与之对应的Dm限值不符合规定的情况,亦即外墙的隔热性能不符合要求。此时,可按式(2)选择表面太阳辐射吸收系数ρs较小的浅色饰面涂料或饰面砖进行调整,使设计的平均热惰性指标Dm.de相当于要求的平均热惰性指标Dm.re值:式中:Dm.de—设计建筑外墙的平均热惰性指标计算值;ρs—拟选择的外墙饰面材料的表面太阳辐射吸收系数,可参照GB50176-93《民用建筑热工设计规范》的附表2.6选择。Dm.re—居住建筑节能设计标准中,与外墙平均传热系数Km值对应的外墙平均热惰性指标Dm的限值。5正在应用绿色能源性能测试技术和数据应用中的问题5.1热箱检测与热阻测试方法的关系墙体的热工性能包含构成墙体材料的热物理性能参数和墙体构件的热工性能参数两个方面。材料的热物理性能参数主要是密度ρo、导热系数λ和蓄热系数S24三项;构件的热工性能参数主要是热阻R和热惰性指标D两项。目前,在材料的热物理性能参数检测方法中,大多采用现行国标GB10294-88《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》,很少采用现行行业标准JGJ51《轻骨料混凝土技术规程》规定的方法。前者是建立在稳态传热条件下的测定方法,只能测定密度ρo和导热系数λ。后者是建立在以24h为周期的非稳态(或瞬态)传热条件下的测定方法,可以同时测定出材料的密度ρo、导热系数λ和蓄热系数S24(通过ρo、λ和导温系数a的测定计算导出)。轻骨料混凝土可能是绝热材料,而绝热材料则不一定是轻骨料混凝土。从国内科研、高校等单位多年来采用热脉冲导热系数测定仪对保温材料的密度ρo、导热系数λ和蓄热系数S24检测实践结果看,采用JGJ51规定的方法测定保温材料的λ和S24是完全可行的。至今由于占市场主导地位的都是GB10294-88规定的防护热箱法,致使不少企业的保温材料产品不能同时提出λ和S24的检测值。同样,墙体构件的热工性能检测,也仅只能按现行国标GB/T13475《建筑构件稳态热传递性质的测定标定和防护热箱法》的规定检测构件的系统热阻R。对于墙体构件的热惰性指标D值,至今尚无相关的技术标准明确说明。加之墙体保温隔热工程竣工验收时,也未明确提出对墙体热惰性指标D值的要求,就更不可能激发相关部门去填补这个空白。就墙体构件的系统热阻测定方法而论,目前有两种防护热箱尺寸:一种是WT-1515稳态热传递性质测定装置规定的试件面积为1840mm×1840mm;另一种是WRCD-1212稳态热传递性质测定装置规定的试件面积为1200mm×1200mm。两者试件面积相差2.35倍,且箱体内的检测设备也不完全相同。尽管这两种热箱测试方法都被有资质的检测机构或高校的实验室采用,但至今未见文献对两种方法测定同一墙体构件的系统热阻测试结果进行比较分析,说明没有差异。我们曾多次见过这两种尺寸的热箱测定同一墙体材料构件的传热系数K值,结果都相差较大,而且无规律。用材料的热物理性能参数及墙体构造进行计算表明,大尺寸防护热箱测定的K值较符合实际。GB/T13475-2008已于2009年4月1日起实施,可至今仍有不少检测单位是按WRCD-1212规定的试件尺寸进行测试,这是违规的。对于以上墙体热工性能检测技术上存在的问题,应实事求是地研究、完善和进一步规范。5.2墙体热阻的检测墙体热工性能检测数据应用中存在的问题,主要表现在以下两方面:一是如前所述,直接采用实验室测定的材料导热系数λ和蓄热系数S24计算墙体材料层的热阻,而不是采用乘以修正系数a后的计算导热系数λc和计算蓄热系数Sc。二是墙体构件的检测结果不是按GB/T13475-2008的规定,给出检测构件的系统热阻(或构件热阻),而是给出传热系数值。应当指出,通过检测提出构件的系统热阻(或构件热阻)R是正确的。因为,构件检测中的两侧边界条件与墙体在热工计算中的边界条件完全不一致,热工计算中是取内表面热交换阻Ri=1/87=0.11(m2·K)/W,外表面热交换阻Re=1/23=0.04(m2·K)/W,内、外表面热交换阻Ri+Re=0.15(m2·K)/W。大量的检测数据表明,有些检测单位采用的防护热箱法测定的构件两侧的表面热交换阻都非常小(因气流速度较大),且相差也很小,两侧表面热交换阻之和都小于0.05(m2·K)/W,一般为0.026(m2·K)/W。所以,按照实测的两测表面热交换阻计算的构件传热系数K值,必然大于热工计算中取Ri+Re=0.15(m2·K)/W计算的传热系数K值,实际上是将构件的系统热阻(或构件热阻)减少了0.10(m2·K)/W~0.12(m2·K)/W。而有些检测单位采用的防护热箱法测定的构件两侧的表面热交换阻则偏大,在0.25(m2·K)/W以上,测定的传热系数就必然偏小。另外从节能设计应用上讲,墙体热工计算