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        外墻內(nèi)外保溫性能的研究

        2015-11-17 03:31:46張競一蘭鑫指導(dǎo)教師張?jiān)ゴ?/span>蘭州大學(xué)甘肅省蘭州市730107
        中國房地產(chǎn)業(yè) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:施工

        文/張競一、蘭鑫 指導(dǎo)教師 張?jiān)ゴ?蘭州大學(xué) 甘肅省 蘭州市 730107

        外墻內(nèi)外保溫性能的研究

        文/張競一、蘭鑫 指導(dǎo)教師 張?jiān)ゴ?蘭州大學(xué) 甘肅省 蘭州市 730107

        研究外墻內(nèi)保溫和外保溫在傳熱性能上的差異,用ansys軟件建立一個簡單的框架模型,分別做出保溫層在外墻內(nèi)和保溫層在外墻外的不同熱量傳遞圖,并基于熱量傳遞圖進(jìn)行以下分析:1、總的傳熱差值在不同起始室外溫度下的變化。2、具有不同熱傳導(dǎo)系數(shù)的不同材料在內(nèi)外保溫時的熱量變化差異。并結(jié)合上述分析對不同氣候環(huán)境下的保溫措施提出意見。

        外墻內(nèi)保溫;外墻外保溫;導(dǎo)熱系數(shù);傳熱

        1、引言:

        建筑節(jié)能是本世紀(jì)我國建筑業(yè)的一個重要的課題,而發(fā)展內(nèi)外墻保溫技術(shù)及節(jié)能材料則是建筑節(jié)能的主要實(shí)現(xiàn)方式。此次國家創(chuàng)新項(xiàng)目,我們將對內(nèi)外兩種保溫形式建立模型,從傳熱性的角度進(jìn)行理論對比分析。

        2、研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀:

        人們生活質(zhì)量大幅提升的社會,對結(jié)構(gòu)物的要求已經(jīng)不僅僅局限在穩(wěn)定性上,對節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境的需求更為強(qiáng)烈,基于此,墻體內(nèi)外保溫技術(shù)的合理改進(jìn)極為重要。

        3、理論分析過程:

        3.1 內(nèi)保溫和外保溫的優(yōu)缺點(diǎn)比較:

        經(jīng)過一些考察和資料查閱,首先對內(nèi)外保溫的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行一個簡單的對比。

        (一)外保溫

        優(yōu)點(diǎn):

        1.“熱橋”指的是在內(nèi)外墻交界處、構(gòu)造柱、外墻與樓板、外墻角、框架梁、門窗洞口以及屋頂與外墻交界等部位,在室內(nèi)外溫差的作用下,形成熱流相對密集、內(nèi)表面溫度較低的區(qū)域。對于內(nèi)保溫而言,大部分“熱橋”是不可以處理的。而外保溫結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱系數(shù)相對低的保溫材料將建筑全面包覆起來,從而消除了“熱橋”。

        2.正是由于外保溫材料的保護(hù),蒸汽一般很難滲入主體結(jié)構(gòu)墻體,從而使其不會發(fā)生冷凝現(xiàn)象,墻體的潮濕情況因此得到改善。同時,外保溫墻體蓄熱能力較大的結(jié)構(gòu)層在保溫層內(nèi)側(cè),因此當(dāng)室內(nèi)受到不穩(wěn)定熱作用時,墻體結(jié)構(gòu)層可以吸收或釋放熱量,從而有利于保持室溫穩(wěn)定。

        3.外保溫材料可以提高墻體的防水功能和氣密性,同時緩沖了因溫度變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的應(yīng)力,也避免了外界惡劣氣候條件對結(jié)構(gòu)的破壞,起到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)延長了其使用壽命的作用。

        缺點(diǎn):

        1.由于室外施工,受氣候條件影響大,所以需要搭設(shè)腳手架,施工難度大。

        2.被隔熱體系被置于外墻外側(cè)的外保溫層,直接承受來自自然界的各種影響,比如刮大風(fēng)時常常吹落保溫層,出現(xiàn)開裂空鼓等質(zhì)量問題。因此,它對外保溫層的耐久性,材料和施工要求高,因此增加了建筑整體造價(jià)。

        (二)內(nèi)保溫

        優(yōu)點(diǎn):

        1.由于室內(nèi)施工,受氣候影響小,而且內(nèi)保溫材料被樓板所分隔,又僅在一個層高范圍內(nèi)施工,所以不用搭設(shè)腳手架,對建筑外墻垂直度要求也不高,因而施工速度快、成本低。

        2.同時,它對飾面和保溫材料的防水、耐候性等技術(shù)性指標(biāo)的要求不高,取材方便。

        缺點(diǎn):

        1.由于內(nèi)保溫不能隔斷梁、橫墻與柱子在墻體中形成的熱橋,因而不可能杜絕由于熱橋存在而帶來的熱損失,保溫隔熱性能差。同時,由于熱橋保溫處理困難,易出現(xiàn)冷凝、結(jié)露現(xiàn)象。而結(jié)露水的浸漬或凍融極易造成保溫隔熱墻面發(fā)霉、開裂,使墻體變形,影響耐久性和舒適度。

        (三)總體保溫隔熱性能方面比較:

        外保溫墻體內(nèi)部所受到的溫度應(yīng)力要比內(nèi)保溫小,因?yàn)楫?dāng)采用外保溫時,室外的熱流和冷氣被保溫材料都被攔截在室外,從而使得主體墻受室外空氣溫度的影響較小;而內(nèi)保溫不能室外的熱流和冷氣被保溫材料攔截在室外而進(jìn)入墻體內(nèi)部,因而墻體所受溫度應(yīng)力大,相應(yīng)的保溫隔熱性能差,易于產(chǎn)生裂縫。在熱橋部位處理上,前已提及,外保溫能夠消除熱橋,而內(nèi)保溫基本不能夠消除熱橋,這就大大降低了內(nèi)保溫墻體的保溫隔熱性能。

        可以看出,在保溫性能上,外保溫明顯高于內(nèi)保溫,因此對于實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以有一個初步預(yù)測。但在墻外起始溫度不同的情況下,外保溫所增加的保溫?zé)崃坑卸啻?。也就是說,在寒冷北方地區(qū),溫度較溫和的地區(qū),和南方夏季高溫地區(qū),內(nèi)保溫和外保溫差異究竟有多大,在什么溫度范圍內(nèi)的內(nèi)外保溫效果差別不大,不同材料又是否有什么變化,以下是遞進(jìn)的分析過程。

        3.2 保溫層起到的作用有多大:

        在實(shí)驗(yàn)的初期,首先用一面墻為例,分析保溫層的有無引起的熱量變化情況。我們選取起始溫度為25度,歷經(jīng)24小時,看一面墻的溫度傳遞情況。

        我們得到以下幾點(diǎn)

        (1)有保溫層的熱量損失明顯低于沒有保溫層,可見保溫措施的重要性。

        (2)有保溫層的模擬墻體在初期溫度變化緩慢,而當(dāng)穿越保溫層后溫度變化加快 ;沒有保溫層的墻體在初期變化速度快,而后期內(nèi)外溫差減小,變化速度相對緩慢。

        3.3.1 外墻內(nèi)外保溫在起始室外溫度不同情況下的保溫差異(同種材料下)

        首先我們的基本參數(shù)設(shè)置為:以eps保溫板為保溫材料,起始室內(nèi)溫度統(tǒng)一為恒量20度,歷時4小時。在此情況下,以零下10度為最低溫度,零上30度為最高溫度,測量了:-20,-10,0 ,10,15 , 25, 30幾個室外溫度下內(nèi)外保溫的墻體溫度變化(由于室內(nèi)外同為20度時無法分析,所以跳過20度。)

        以零度內(nèi)外保溫差異熱量圖為例:

        室外0度時候內(nèi)保溫?zé)崃孔兓?/p>

        室外0度時候外保溫?zé)崃孔兓?/p>

        內(nèi)保溫24小時內(nèi)溫度變化

        外保溫24小時內(nèi)溫度變化

        其他溫度時候截止溫度變化見表格:

        室外溫度內(nèi)保溫室內(nèi)溫度外保溫室內(nèi)溫度該溫度下內(nèi)外保溫差值-20 7.183 18.428 11.245 -10 10.387 18.821 8.434 0 13.591 19.214 5.623 10 16.796 19.607 2.811 15 18.398 19.834 1.436 25 21.602 20.166 1.436 30 23.204 20.393 2.811

        從表格中我們可以看出以下幾點(diǎn)

        (1)和外墻內(nèi)保溫相比,無論在何種溫度下,外墻外保溫的保溫隔熱性能都明顯高于外墻內(nèi)保溫,而且室內(nèi)外溫差越大,差異越明顯。

        (2)在 零上10到零上30度,內(nèi)外保溫差異已經(jīng)縮小為少于三度。

        (3)內(nèi)保溫24小時內(nèi)溫度變化為曲線,而外保溫區(qū)域斜率不變的直線(除起始部分)

        3.3.2 外墻內(nèi)外保溫的差異(不同種材料下對比)

        目前市場上常用的保溫材料有等,不同的保溫材料具有不同的導(dǎo)熱系數(shù),我們又以xps導(dǎo)熱系數(shù)為差異進(jìn)行了是外-20度室內(nèi)20度時候的情況,進(jìn)行了如下對比。

        Eps Xps內(nèi)保溫 7.183 7.281外保溫 18.428 18.671

        可以看出雖然差異不大,但是xps保溫性能稍好一些

        4、結(jié)論

        內(nèi)保溫和外保溫各有其優(yōu)缺點(diǎn),所以在選擇保溫模式時候應(yīng)該按照具體不同情況選擇不同保溫措施,因此我們給出如下的參考意見。

        在不考慮氣候,濕度,施工難度等因素的影響下,單純的以保溫隔熱的效果來看我們建議采用外墻外保溫的保溫模式,因?yàn)樗陌裁娲螅匦Ч黠@。

        但是介于上述分析過程中體現(xiàn)的外墻外保溫存在的一些弊端和施工難度,我們提議,在四季溫差不大,室內(nèi)外溫差不大的氣候環(huán)境下,鼓勵提倡外墻內(nèi)保溫的保溫措施,尤其是南方潮濕地區(qū),保溫層容易受到腐蝕破壞,此時采用外墻內(nèi)保溫模式是對保溫層的一種保護(hù)。此外,xps與eps保溫性能差異不大,因此可按建筑特性和材料特性選擇,而不必考慮保溫差異,此處不做研究。

        1,《外墻的內(nèi)、外保溫優(yōu)劣》.何禹(中國新興建設(shè)開發(fā)總公司,北京 100143)

        公式中的ΔCμ表示的為強(qiáng)度增加值,r表示填土重度,而K表示安全系數(shù),另外Nc表示承載力相關(guān)影響要素。

        在進(jìn)行填筑時,盡量要一次鋪填碾壓之后,地基的強(qiáng)度增長可以滿足再次鋪填一層的能力,有效應(yīng)用地基強(qiáng)度自身增長能力,實(shí)現(xiàn)迅速填筑的目的。此種方法能夠把超過極限填土高度相關(guān)填土進(jìn)行科學(xué)分級,同時有效明確填土具體時間間隔,確保各層填土厚度和地基由固結(jié)從而形成的增長強(qiáng)度進(jìn)行匹配,這樣就能夠防止分幾級加載,同時連續(xù)逐層把路堤填筑到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高度,在一定程度上減小整體填筑時間,有效降低工后沉降。

        (四)施工動態(tài)控制

        其主要包含兩個方面,一方面是針對路基處理方法補(bǔ)充設(shè)計(jì)或者是調(diào)整,另外一方面是針對填土速率和各個階段填土高度完成設(shè)計(jì),并且制定相關(guān)加載方案。首先選擇動態(tài)控制相應(yīng)初始參數(shù),依據(jù)地質(zhì)資料與設(shè)計(jì)資料選擇動態(tài)控制需求的相應(yīng)土工參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)。其次填土極限高度的計(jì)算,對填土極限高度進(jìn)行計(jì)算,加強(qiáng)穩(wěn)定性控制,通常選擇各種加載高度完成試算,其中加載穩(wěn)定性的驗(yàn)算應(yīng)用的為有效應(yīng)力方法,在進(jìn)行計(jì)算時利用已知的安全系數(shù),然后反算出極限高度,試算一直到滿足安全系數(shù)有關(guān)需求位置。在試算結(jié)束之后,這時獲取的加載高度就是極限高度。而穩(wěn)定計(jì)算方式主要是有效固結(jié)應(yīng)力方法,其主要利用條分方法完成計(jì)算[7]。最后,動態(tài)控制計(jì)算編制施工方案,明確第一級的填土高度,然后綜合分析施工具體狀況選擇相關(guān)加載高度當(dāng)作第一級的加載高度,或是把施工具體加載流程當(dāng)作第一級的加載高度,并且設(shè)定多種加載計(jì)劃,從滿足穩(wěn)定性需求,同時計(jì)算沉降。

        (五)處理主固結(jié)沉降

        針對相對比較后厚的軟土層,通常發(fā)生的變形沉降是主固結(jié)造成的。而深厚層軟土地基發(fā)生主固結(jié)變形并非同步產(chǎn)生的,主要是慢慢發(fā)展的。由于深部軟土設(shè)置的排水距離比較長,且排水條件相對偏差,此種狀況下固結(jié)速率和固結(jié)度要比表層軟土低,因此對于深厚軟土地基而言,在軟基處理過程中,一定要利用超載預(yù)壓和增大排水設(shè)備深度等措施,有效防止發(fā)生主固結(jié)沉降。

        結(jié)束語:

        軟土地基在路基工后沉降主要因?yàn)槁坊钔翂好芎托熊囋斐苫蚕鲁僚c軟土地基發(fā)生路基工后的沉降等問題。依據(jù)鐵路工程路基填筑標(biāo)準(zhǔn),要求填土壓密下沉發(fā)生的工后沉降應(yīng)該占據(jù)路堤高度0.2至0.3%,列車荷載發(fā)生基床下沉大致為1mm。因?yàn)殍F路工程沉降的限制數(shù)值相對偏小,所以工后沉降計(jì)算一定要精確,必須有效提升計(jì)算精度,并且綜合分析軟土條件,保證鐵路工程工后沉降可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        參考文獻(xiàn):

        [1]邢中立.塑料排水板處理高速公路軟土地基路堤分析[D].西南交通大學(xué),2011.

        [2]彭湘林.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟基的影響深度與沉降預(yù)測[D].吉林大學(xué),2012.

        [3]高穎.公路軟土地基施工及處理方法探析[J].浙江建筑,2012,05:27-29.

        [4]張磊.津秦客專路涵過渡段CFG樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降變形及樁土應(yīng)力特性研究[D].北京交通大學(xué),2013.

        [5]沈科.區(qū)域地面沉降對(京滬)高速鐵路路基的影響及對策研究[D].西南交通大學(xué),2013.

        [6]劉建.關(guān)于市政道路的軟基施工技術(shù)措施分析[J].中華民居(下旬刊),2013,01:314-315.

        [7]李小剛.填海造地道路地基處理工程中的軟基沉降監(jiān)測及預(yù)測分析[D].中南大學(xué),2013.

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