石材保温一体板外墙保温系统保温性能研究

石材保温一体板外墙保温系统保温性能研究:

自20世纪80年代起至今，我国陆续颁布并实施了一系列建筑节能设计标准，标准涵盖了居住建筑及公共建筑。随着节能要求的不断提高，建筑节能设计标准对围护结构的热工性能要求也不断提升。作为围护结构的重要组成部分，外墙的热工性能提高对建筑节能的贡献至关重要。集保温与装饰于一体的干挂式外墙保温装饰一体板保温系统，由于具有装饰效果美观、施工效率高、维护成本低、完全干式施工等优点，近年来越来越多地应用于各类建筑的外墙保温中。如何有效确保及改善其保温性能，是应用此种保温体系时需要考虑的问题。

产品应用范围：大型超市、商场、星级酒店、商务大楼、大厦、工业展馆等建筑的外墙保温装饰;高层住宅、别墅等民用建筑的外墙保温装饰;旧建筑物的墙面翻新改造。

产品性能：保温装饰一体板拥有免维护自清洁功能：深圳摩天保温装饰一体板的生产是工厂化、自动化生产线来完成，表面的平整光洁，漆膜光泽均匀、致密、具自洁性，饰面层具有25年以上的使用寿命，无需人工清洗，雨水冲刷即能恢复亮丽如初，保证了成品板的长期装饰效果。深圳摩天保温装饰一体板不仅自身的平整度高，而且拥有完善的施工工艺与质量控制措施，多向可调，成品板施工上墙后仍然保持很好的平整度，施胶拼缝平直、整齐，体现了其超越幕墙的装饰功能。

近年来有学者对保温装饰一体板外墙保温系统性能进行了多方面的研究。徐乐对此保温系统的材料性能要求进行了研究，提出了保温系统和主要材料的性能的具体参数要求，并提出了设计及施工中的注意事项。

［1］麻建锁等人对玻化微珠 － 莫来石保温装饰一体板进行了研究，找出了保温材料内水泥、玻化微珠、胶粉的合适配比。

［2］王明英等人对硫氧镁保温装饰一体板内改性硫氧镁胶凝材料与保温材料的粘结强度等问题进行了研究，并提出了该一体板的生产工艺技术标准。

［3］上述研究均为对一体板保温系统的材料性能( 包含热工性能) 进行的研究。而针对一体板保温系统结构性热桥和系统气密性对保温性能影响的研究，未见有公开发表的研究成果。

一、石材保温一体板外墙保温系统概述

本文所研究的保温装饰一体板外墙保温系统，是将保温装饰板用复合材料龙骨固定在建筑外墙面上，形成的由保温板、空气间层、建筑物基墙组成的外保温系统。

保温装饰一体板( 以下简称“一体板”) ，是由铝板、聚氨酯及铝箔通过热压而制成的。一体板的外表面层是经辊压制成制规定纹理的 0. 5 mm 厚的铝板，铝板面层进行表面聚酯漆或氟碳漆表面处理。一体板的内表面是 0. 06 mm 厚的铝箔。一体板的保温芯材为聚氨酯硬质泡沫塑料。

二、检测原理及检测装置

 检测原理

按照《绝热、稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法》所规定的标定热箱法进行检测。标定热箱法的原理是: 测定热箱内电加热器所发出的通过试件的热量及试件冷、热表面的平均温度差，计算出试件的热阻及传热系数。通过试件的热量是通过测量热箱的总输入功率、经过标定的箱壁热损失和侧面迂回热损失而得到的。

2研究中遇到的技术难题及解决方案

一体板是由保温材料和包裹其周围的铝板和铝箔构成，平行于热流方向的铝板处形成了明显的热桥，此结构属于非匀质复合围护结构。GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》中规定了有两种以上材料组成的、二( 三) 向非匀质围护结构热阻的计算方法。对于二( 三) 向非匀质围护结构，当相邻部分的热阻比值小于等于 1. 5 时，上述规范给出了热阻值的解析解———按照“面积加权法”计算热阻。解析解形式简单，便于手工计算，然而这种“面积加权法”热阻计算方法并不适合本文所研究的一体板热阻计算。一体板中铝板、铝箔和保温层热阻差异巨大，如按照“面积加权法”计算一体板热阻，则会与实际值产生较大的偏差。为解决“面积加权法”的不足，GB 50176—2016《民 用 建 筑 热 工 设 计 规范》，对于相邻部分的热阻比值大于 1. 5 的非匀质复合围护结构热阻的计算方法做了另行规定。该规定需通过计算机数值模拟的办法，计算出围护结构的传热系数，进而计算出其热阻。

三、测试方案

由于一体板之间的连接处存在明显的热桥，热桥部位的热流会明显高于一体板的主体部位的热流，且热桥部位的温度也会与主体部位的温度有差别。因此，是否能准确测定通过一体板的热流以及是否能解决一体板表面的平均温度的测定问题，就成为能否准确检测出一体板板保温系统传热系数或热阻的关键所在。

1 热流的准确测量

由于检测使用的是标定热箱法，计量的是经标定后热箱的功率，测得的热流就是通过整个试件的热流，克服了热流计法“以点代面”测热流的不足之处。所以标定热箱法解决了准确测定通过一体板热流的问题。

2 表面平均温度的准确测量

在一体板达到热平衡时，用红外热像仪拍摄一体板试件的红外热像图。根据红外热像图的温度分布，确定热桥的影响区域，布置表面温度测点。例如，根据所拍摄到的红外热像图，如果热桥区域与主体区域的面积比例为 1∶5，那么我们就分别在热桥部位和主体部位布置温度测点，并且热桥测点数和主体部位布置温度测点数为 1∶5。这样就解决了一体板表面平均温度的准确测定问题。

3 保温系统保温性能的测定

经测定，保温一体板内的聚氨酯导热系数 0. 021 W/( m·K) 。因此，40 mm 厚一体板主体部位的热阻应为 1. 90 ( m2·K) /W。

将一体板按照图 1 的方式连接，经标定热箱法测定，保温系统的总热阻值为 0. 93 ( m2·K) /W，远小于一体板主体部位的热阻。图 3 为保温系统热侧表面的红外图像。由此图可以看出，一体板连接处存在明显的热桥。

使用传热分析软件 PTemp 对一体板保温系统进行传热模拟。模拟结果显示，保温系统的总热阻值为 0. 98 ( m2·K) /W，与实验测试结果吻合。图 4为计算机模拟的一体板保温系统剖面的温度分布。

4 保温系统保温性能的优化

由上述检测结果可知，热桥的存在使得一体板保温系统的热阻值大大降低。为了削弱热桥对石材保温一体板保温系统保温性能的影响，兼顾到不改变一体板的生产工艺和方便其施工安装这一原则，提出以下优化措施:

1) 断开一体板内表面铝箔和铝板的连接，或者用其他导热系数小的材料代替铝箔;

2) 在一体板板内侧铝板与建筑物基墙之间的空气间层内添加 60 mm × 25 mm( 宽 × 厚) 的保温材料条，以减小热桥的影响。

采用上述改进措施后，再次测得一体板保温体系的总热阻值为 1. 72 ( m2·K) /W，传热系数为0. 58W / ( m2·K) 。改进后热阻值较改进前增加 86% ，保温性能有大幅度提升。