墙体保温与墙体传热系数测试

墙体保温与墙体传热系数测试

作者：俞百新

来源：《现代装饰·理论》2012年第09期

摘 要：文章简述了墙体保温的基本构造及相关保温材料，重点介绍实验室检测墙体传热系数，采用防护热箱法检测墙体传热系数进行实验测试，对墙体传热系数进行辨识。

关键词：墙体节能；墙体保温；传热系数；防护热箱法

住宅建筑节能关键之一是加强外墙保温，建筑物外墙传热面占整个建筑物外围护结构总面积的66%左右。通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑的外围护结构总能耗损失的48%。桂林市每年竣工300多万平方米的居住建筑，其建筑墙体材料在我国还没执行《建筑节能工程施工质量验收规范》（GB 50411-2007）之前大部分以粘土实心砖为主，粘土砖外墙保温性能差，按照《广西壮族自治区居住建筑节能设计标准》（DB 45/221-2007）北区居住建筑外墙的传热系数为K≤1.5W/(m2•K)的要求，240mm厚的粘土实心砖墙体需加厚到480mm厚的墙体才能达到要求。因此，抓紧研制新型建筑墙体材料及保温节能技术迫在眉睫。

一 墙体保温

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墙体保温技术重点是外墙保温。外墙保温可分为外墙自保温、外墙内保温、中间保温和外墙外保温。

（１）外墙自保温

外墙自保温系统是墙体自身的材料具有节能阻热的功能，当前，使用较多的是蒸压加气混凝土砌块，尤其是砂加气混凝土砌块，其材料本身的导热系数低，由于在混凝土里加入引气剂后，形成大量封闭孔洞，使得这类砌块保温隔热性能好，并将围护和保温合二为一，无需另外附加保温隔热材料，在满足建筑要求的同时又能满足保温节能要求。尽管外墙自保温优势明显，但仍存在较大缺陷，推广难度不少。自保温材料强度比较低，抗裂性不很理想，时间长容易产生墙体开裂现象。

（２）外墙内保温

外墙内保温系统即保温材料置于外墙内侧，施工简单易行，常用到的保温材料有建筑保温砂浆或膨胀玻化微珠保温隔热砂浆，聚苯颗粒保温浆料，绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS板），绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS板），以及酚醛板、泡沫玻璃等保温材料。由于绝热材料强度较低，需设覆面层保护（如加贴玻纤网格布抹3～5mm厚抗裂砂浆层）。对于内保温，当前存在的问题是外墙内保温的保温层构造位置使得建筑物外墙与内墙分别处于两个不同温度环境。一般来说，环境温度每变化10℃会引起墙体万分之一的混凝土材料涨缩，从而引起内保温材料开裂，则冷热桥更加突出，对建筑物的使用寿命也不利，且内保温占用了室内的使用面积，内墙悬挂物件很容易破坏内保温层，影响住户的二次装修。因此，外墙内保温较之外保温，是一种过渡的、落后的保温节能技

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术。

（３）中间保温

将绝热材料设置在外墙中间，有利于发挥墙体材料本身对外界环境的防护作用，从而降低造价。在砖砌体、砌块或钢筋混凝土墙体中间安设岩棉板、玻璃棉板、聚苯板，或在砌块内部填充聚苯板，或填（吹）入散状（或袋状）膨胀珍珠岩、聚苯颗粒、玻璃棉等，可取得良好的保温效果，但要填充密实，避免内部形成空气对流，并做好内外墙间的牢固拉结，这一做法特别在地震区较为重视。在广西南宁、柳州地区用填充聚苯板的混凝土空心砌块或填入聚苯颗粒的混凝土空心砌块砌筑墙体较为常见，这种做法的优点是施工简便，有较好的保温效果，缺点是热桥部位得不到很好的处理。

（４）外墙外保温

外墙外保温是复合墙体的一种主要形式，是将保温材料做在外墙结构的外部，使之具有保温隔热的功能。外保温在我国有很大的发展前途，当前应用也比较广泛，是最值得推广和研发的节能保温技术。外保温比内保温有诸多优越性：1）外保温可以避免产生冷桥。采用保温复合墙体后，原来既可作为承重又可作为保温用的墙体可以减薄，但如果用内保温，则冷桥的问题就趋于严重。而冷桥会导致潮湿、结露、淌水和发霉，外保温则不存在这个问题，在同样的保温水平（如用50mm厚绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料）条件下外保温要比内保温的热损失可减少约1/5，从而节约了热能。2）外保温复合墙体内部的实体墙热容量大，能使诸如太阳辐射或间歇采暖造成的室内温度变化减缓，室温较为稳定，生活较为舒适，也使太阳辐射的热、人体散热、家用电器及炊事散热等因素产生的

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“自由热”得到较好的利用，有利于节能。3）由于采用外保温，墙体受到保护，室外气候条件引起的墙体内部较大的温度变化在外保温层内，避免了内部的砖墙或混凝土墙体中发生大的温度变化。这样，外墙主体产生裂缝、变形、破损的危险大为减轻，寿命可以大大延长。4）在进行旧房改造时，外侧保温不会象内侧保温那样，使住户增加很多麻烦，也不至于因此减少室内使用面积。5）住户进住前进行装修时，房屋内保温层往往遭到破坏，如果采用外保温，则可以避免发生这种情况。6）外保温综合经济效益高。外保温工程每平方米造价比内保温相对高一些，但比内保温增加了使用面积约1.8%～1.9%，有节约能源和改善热环境等好处，总的效益十分显著。7）在我国，外保温技术近年来得到了飞速的发展，一些研发机构也开发了多种各有特色的外保温技术和各种保温材料。归纳起来，外墙外保温系统的基本做法由下列几部分组成：a、基层墙体：页岩烧结多孔砖墙、粘土砖墙、混凝土空心砌块墙、蒸压加气混凝土砌块墙、钢筋混凝土墙；b、粘结层（粘结胶浆）或是界面层（界面砂浆）；c、绝热层（保温层）：挤塑板、聚苯板、酚醛板、泡沫玻璃、建筑保温砂浆或膨胀玻化微珠保温隔热砂浆、聚苯颗粒保温浆料，也有用玻璃棉或岩棉；d、保护层：抗裂砂浆或抹面胶浆+玻璃纤维网格布，若用保温板类，则用玻璃纤维网布并用锚栓加固；若采用岩棉板作保温，则用钢丝网片。ｅ、饰面层：多用薄涂层、面层涂料，也有用饰面砖或饰面板等。

外保温存在的主要技术问题仍是如何避免日后表面裂缝、空鼓和脱落。为此，对于保温材料（性能以及尺寸误差）、网格布（孔眼、强度、重量、保护层、搭接等）、胶粘剂及面层砂浆（配合比、厚度、养护）以及其构造作法等诸多因素，都要一一妥善处理，要严格遵守有关技术规程，确保墙体外保温的施工质量。

二 墙体传热系数测试

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传热系数是指在稳态传热条件下，围护结构两侧空气温度差为1K时，单位时间内通过单位面积传递的热量，单位为W/（m2•K）。传热系数是衡量房屋建筑围护结构节能水平优劣的一项重要指标，传热系数越大，则建筑围护结构的节能水平越低，能耗损失越大。反之，则建筑围护结构的节能水平越高，能耗损失越小。测定围护结构传热系数目前国内外通常采用标定和防护热箱法、热流计法、红外热像仪法等。按检测场所不同又分为现场检测和实验室检测。墙体传系数的测试在实验室内通常采用防护热箱法和标定热箱法，按《绝热 稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法》GB/T13475-2008标准执行。现场检测墙体传系数通常采用热流计法，国际标准ISO 9869《建筑构件热阻和传热系数的现场测量》、美国标准ASTM C1046《建筑围护结构构件热流和温度的现场测量》和ASTM C1155《由现场数据确定建筑围护结构构件热阻》都对热流计法作了详细规定。这里重点介绍实验室检测墙体传热系数——防护热箱法。

（１）防护热箱法检测墙体传热系数

1）基本原理：用人工制造一个一维传热环境，被测部位的内侧用热箱模拟采暖建筑室内条件，并使热箱内和室内空气温度保持一致，另一侧为室外自然条件，这样被测部位的热流总是从室内向室外传递；当热箱内加热量与被测部位的传递热量达平衡时，通过测量热箱的加热量得到被测部位的传热量，经计算得到被测部位的传热系数。试验墙体传热系数[W/（m2·K）]应按下式计算：K=Q1/[A×(Tni-Tne)]·········(1)

其中，Q1为通过试件的热流量，W；(Tni-Tne)为试验墙体内外侧环境温度差，K；A为计量面积，m2；

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Q1= Q- Q3·········(2)

其中，Q为总输入功率，W；Q3为通过计量箱壁的热流量，W。

2）墙体传热系数检测：仪器设备选用《稳态热传递性质测定系统》（CD-WTB1010型），检测装置由试件框、冷箱、防护箱和计量箱四部分组成，计量面积为1m2。测量一新建住宅建筑主体外墙，外墙具体构造由内至外依次为20mm厚石灰水泥砂浆、240mm厚页岩烧结多孔砖砌体、20mm厚水泥砂浆。在试件框内砌筑一幅规格为1260mm×1260mm类似于所测建筑外墙的试验墙体，待墙体自然凉干后，将试件箱推入检测设备安装位置，在试件的两侧各均匀布好9个传感器，用手将计量箱和试件框紧紧连在一起将其固定，进行密封处理，然后将防护箱和试件框用夹具连紧，开启电脑进入检测系统设定各项参数后进行自动测试。系统在平衡后达到稳态，则开始正式采集数据，每隔30分钟采集数据一次，共采集6次，测试自动结束。测试时热箱设定温度为35℃，温度波动范围在0.25℃之内；冷箱设定温度为-5℃，温度波动范围在0.3℃之内；墙体表面温度波动范围在0.5℃之内，加热功率允许误差在5%以内。6次测试热箱的平均温度为307.89K、冷箱的平均温度为268.00K，加热功率为73.37W，通过计量箱壁的热流量为0.06W，通过方程(2)至方程(1)计算得到墙体传热系数为1.838 W/（m2·K）。

3）检测结果分析比较：

表中材料导热系数λ及墙体内、外表面换热阻Ri、Re 由《民用建筑热工设计规范》GB50176-93查得

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通过防护热箱法检测墙体所得传热系数与理论计算值比较要大于理论计算值，这是因为，一方面理论计算中所采用的热工参数是综合考虑不同材料物理、力学性能后给出的经验值，仅能作为房屋建设前的设计依据；另一方面试验墙体在测试时由于环境温度、湿度等的影响，传热系数也有所改变。

（２）传热系数测试结论

通过实验室检测墙体传热系数，并对数据进行分析后得出以下结论：1）实验室检测建筑围护结构的传热系数近似等于现场建筑围护结构实体的传热系数；2）实验室检测的建筑围护结构的传热系数往往比理论计算值要大；3）试验表明，只要人为可实现较大温差的一维传热过程时，防护热箱法也可以在现场对建筑围护结构的传热系数进行测试。

三 结束语

我们要努力掌握先进的建筑节能技术，大力推广建筑节能，提倡低碳、绿色、生态的生产生活方式，使建筑节能深入人心。为此，我们要在建筑节能方面进行科技创新，一方面努力在墙体保温、屋面保温、门窗保温、绿色照明等领域实现新的更大的技术突破，另一方面，进一步加强成熟、适用新技术的成果转化和推广应用，鼓励和扶持可再生能源在建筑领域的规模化利用。

参考文献

[1] 蒙斌.建筑外墙保温技术与建筑节能.科技创新导报2008年第14期

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[2] 王小军，朱文献.防护热箱法现场检测外墙传热系数.上海建材2005年04期。

[3] 林刚.建筑墙体节能技术与外墙内保温施工过程控制.科学大众2006年03期

[4] 罗洪建，刘加勇.浅谈建筑墙体的节能技术.应用能源技术2007年06期