蔡新利，武軍，楊安琪，王吉萍，侯超，魏早寧

（1.新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司），烏魯木齊830000；2.新疆建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心（有限責(zé)任公司），烏魯木齊830000）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，節(jié)能減排這一理念深入人們生活的方方面面。建筑能耗問題日益嚴(yán)峻，新技術(shù)和新工藝在建筑工程施工過程中對(duì)建筑節(jié)能至關(guān)重要，建筑行業(yè)必須不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積極采用新技術(shù)，不斷優(yōu)化施工技術(shù)，進(jìn)而推動(dòng)建筑領(lǐng)域的發(fā)展。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能很關(guān)鍵的一項(xiàng)措施。由于建筑節(jié)能的需要，各種新型復(fù)合墻體已經(jīng)出現(xiàn)，同時(shí)建筑外墻外保溫系統(tǒng)采用的新技術(shù)與新材料種類越來越多，可以通過改善整個(gè)墻體的熱工性能實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能[1]。

部分新型外墻外保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中需要將鋼筋穿過保溫材料，而通常鋼筋本身導(dǎo)熱系數(shù)較大，導(dǎo)致植入鋼筋保溫材料傳熱系數(shù)變大，有較大的熱量散失，產(chǎn)生一定的冷橋效應(yīng)，影響外保溫系統(tǒng)的保溫隔熱效果，造成房屋內(nèi)墻結(jié)露、發(fā)霉甚至滴水，影響房屋的舒適度。因?yàn)樵阡摻畲┻^以及混凝土澆筑后，對(duì)保溫材料的破壞程度不同，傳熱系數(shù)的變化也不盡相同，選用影響較小的保溫材料可以最大可能地降低鋼筋產(chǎn)生的熱損耗，保證保溫系統(tǒng)的保溫隔熱效果。通過其他措施也可以彌補(bǔ)鋼筋冷橋造成的影響，或者進(jìn)一步完善外墻外保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工，在彌補(bǔ)損失的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升其保溫隔熱效果[2]。

2 EPS板與植入鋼筋EPS板傳熱系數(shù)的分析

在傳熱系數(shù)試驗(yàn)架上安裝EPS板（可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料，1 750 mm×1 750 mm×25.06 mm），用智能型穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測(cè)定系統(tǒng)（CD-WTF1515）進(jìn)行EPS板傳熱系數(shù)的測(cè)定，測(cè)完后在同一個(gè)試驗(yàn)樣板上植入16根HRB400Eφ8 mm×400 mm鋼筋（完全穿透），進(jìn)行植入鋼筋EPS板傳熱系數(shù)的測(cè)定。

參照GB/T 13475—2008《絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定 標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》[3]進(jìn)行試驗(yàn)。傳熱系數(shù)是用兩側(cè)環(huán)境溫度定義的，因此，要求采用合適的測(cè)量溫度方法測(cè)定環(huán)境溫度。測(cè)試低熱阻試件時(shí)，表面換熱系數(shù)非常重要，此時(shí)表面換熱系數(shù)對(duì)總熱阻有較大的影響。測(cè)試中高熱阻試件時(shí)，如果試件兩側(cè)的空氣溫度和輻射溫度的溫差都滿足準(zhǔn)確度的要求，試驗(yàn)時(shí)也可以只記錄空氣溫度。在防護(hù)熱箱法中（見圖1），計(jì)量箱被防護(hù)箱圍繞，應(yīng)控制防護(hù)箱的環(huán)境溫度，使試件內(nèi)不平衡熱流量Φ2和流過計(jì)量箱壁的熱流量Φ3減至最小。理想狀態(tài)是裝置內(nèi)安裝一個(gè)均質(zhì)試件，計(jì)量箱內(nèi)部與外部的溫度均勻一致，而且冷側(cè)溫度和表面換熱系數(shù)一致時(shí)，計(jì)量箱內(nèi)、外空氣溫度的平衡意味試件表面的溫度平衡，反之亦然，即Φ2=Φ3=0，并且穿過試件的總熱流量將等于輸入計(jì)量箱的熱量。

圖1 防護(hù)熱箱

EPS板與植入鋼筋EPS板傳熱系數(shù)試驗(yàn)樣板分別如圖2~圖4所示。

圖2 EPS板傳熱系數(shù) 試驗(yàn)樣板

圖3 植入鋼筋EPS板 傳熱系數(shù)試驗(yàn)樣板

注：試件厚度為25.06 mm。

經(jīng)測(cè)試，EPS板傳熱系數(shù)為0.365 W/（m2·K），植入鋼筋EPS板傳熱系數(shù)為0.377 W/（m2·K），EPS板在植入鋼筋后傳熱系數(shù)變化不大。經(jīng)過預(yù)熱、合模、加料、加熱、冷卻、脫模幾道工藝將EPS珠粒制成EPS制品，發(fā)泡珠粒膨脹黏結(jié)為一體，冷卻脫模取出制品。EPS制品中，泡粒彈性好，泡孔壁厚，在植入鋼筋過程中，泡粒緊縛鋼筋，沒有過多的空隙，所以，植入鋼筋后傳熱系數(shù)變化不大。

3 XPS板與植入鋼筋XPS板傳熱系數(shù)的分析

和EPS板與植入鋼筋EPS板傳熱系數(shù)的測(cè)定步驟一樣測(cè)定XPS板（擠塑聚苯乙烯泡沫塑料）與植入鋼筋XPS板的傳熱系數(shù)，XPS板規(guī)格型號(hào)為1 750 mm×1 200 mm×25.12 mm。

XPS板與植入鋼筋XPS板傳熱系數(shù)試驗(yàn)樣板分別如圖5、圖6所示。

圖5 XPS板傳熱系數(shù)試驗(yàn)樣板

圖6 植入鋼筋XPS板 傳熱系數(shù)試驗(yàn)樣板

植入鋼筋XPS板傳熱系數(shù)試件布點(diǎn)與圖6保持一致。

經(jīng)過測(cè)試，XPS板傳熱系數(shù)為0.423 W/（m2·K），植入鋼筋XPS板傳熱系數(shù)為0.460 W/（m2·K），XPS板在植入鋼筋后傳熱系數(shù)變化稍大。XPS板沒有EPS板的泡粒結(jié)構(gòu)，而是相鄰泡孔共用泡孔壁，且泡孔壁薄，柔韌性比EPS板差。在植入鋼筋的過程中，XPS板不能緊縛鋼筋，留有較大的空隙，導(dǎo)致傳熱系數(shù)變化較大。

4 總結(jié)分析

通過植入鋼筋EPS板與植入鋼筋EPS板的對(duì)比分析，保溫材料泡沫內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)力的不同導(dǎo)致其對(duì)傳熱系數(shù)的影響程度不同。植入鋼筋孔處在澆筑混凝土?xí)r會(huì)灌入混凝土并致使其破壞程度更大，形成的熱缺陷也越大。植入鋼筋后，其他保溫材料的傳熱系數(shù)同樣會(huì)受到類似的影響，不同的材料鋼筋的握裹力及破壞程度均不同，形成的熱缺陷也不同。

4.1 傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)不確定度分量為：傳熱面積（尺寸測(cè)量工具的測(cè)量誤差）、傳熱功率（傳熱系數(shù)測(cè)試儀的熱功率表的測(cè)量值存在誤差）、傳熱溫差（傳熱系數(shù)測(cè)試儀的溫度傳感器的測(cè)量示值存在誤差）、檢測(cè)人員操作（操作誤差）。植入鋼筋后還會(huì)有鋼筋空洞造成的不確定度分量，鋼筋對(duì)保溫材料破壞程度越大，其造成的不確定度越大。

1）傳熱系數(shù)數(shù)學(xué)模型：

式中，U為傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；Φ為傳熱功率，W；A為傳熱面積，m2；ΔT為傳熱溫差。

2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

式中，μrel(U)為傳熱系數(shù)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；μrel(δ)為由于檢測(cè)人員操作誤差而引入的不確定度分量；μrel(A)為傳熱面積測(cè)量引入的不確定度分量；μrel(Φ)為傳熱功率測(cè)量引入的不確定度分量；μrel(T)為傳熱溫差測(cè)量引入的不確定度分量。

3）擴(kuò)展不確定度：

式中，Urel為傳熱系數(shù)的擴(kuò)展不確定度；k為包含因子，取k=2；U為傳熱系數(shù)。

計(jì)算可得，本次試驗(yàn)EPS板與XPS板傳熱系數(shù)擴(kuò)展不確定度分別為0.017 5 W/（m2·K）與0.020 3 W/（m2·K）。

4.2 導(dǎo)熱系數(shù)

1）導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)學(xué)模型：

式中，λ為導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K)；Φ1為加熱單元計(jì)量部分的平均熱流量，其值等于平均發(fā)熱功率，W；T1為試件熱面溫度平均值，K；T2為試件冷面溫度平均值，K；A1為計(jì)量面積，m2；d為試件平均厚度，m；e為導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀校正系數(shù)。

2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

式中，μrel(λ)為導(dǎo)熱系數(shù)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；μrel(d)為厚度測(cè)量引入的不確定度分量（包括游標(biāo)卡尺的誤差引入的不確定度與人員讀數(shù)誤差引入的不確定度）；μrel(e)為用絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)參比板校正導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀引入的不確定度分量；μrel(Φ0)為設(shè)備加熱單元熱流量引入的不確定度分量；μrel(T)為溫度引入的不確定度分量；μrel(A1)為計(jì)量面積引入的不確定度分量；μB1rel為導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀校準(zhǔn)引入的不確定度分量；μB2rel為導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀分辨力引入的不確定度分量。

3）擴(kuò)展不確定度為：

式中，U1rel為導(dǎo)熱系數(shù)的擴(kuò)展不確定度；k為包含因子；μrel(λ)為導(dǎo)熱系數(shù)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；λ為導(dǎo)熱系數(shù)。

此次試驗(yàn)所用EPS板（厚25.06 mm）與XPS板（厚25.12 mm）導(dǎo)熱系數(shù)用平板導(dǎo)熱儀（TPMBE-300）進(jìn)行檢測(cè)，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.037 1 W/(m·K)與0.048 4 W/(m·K)。取k=2，導(dǎo)熱系數(shù)擴(kuò)展不確定度分別為0.001 6 W/(m·K)與0.002 1 W/(m·K)。

綜上，相比保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，其傳熱系數(shù)不確定度更大，植入鋼筋后鋼筋、孔洞及孔洞破壞程度將會(huì)引入新的不確定度分量，不確定度將會(huì)更大。不同材料的破壞程度越大，不確定度也將越大。

5 結(jié)論

通過本文的分析，得到以下結(jié)論：

1）成型工藝與材料成分的不同導(dǎo)致植入鋼筋后對(duì)保溫材料的破壞程度不同，破壞程度越大形成的熱缺陷越大，影響墻體整體保溫隔熱效果，同時(shí)在施工澆筑過程中會(huì)導(dǎo)致脆性越大的材料植入鋼筋孔處破壞缺陷越大。

2）鑒于植入鋼筋對(duì)保溫板傳熱系數(shù)的影響，需要保溫板植入鋼筋的保溫體系中，在保證其他產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上選用柔韌性較高的保溫材料，或者同種材料中選用柔韌性較高的產(chǎn)品，同時(shí)在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)保溫板植筋施工質(zhì)量的管控。

3）保溫材料生產(chǎn)廠家應(yīng)針對(duì)不同的保溫體系優(yōu)化產(chǎn)品某方面的性能，以快速適用于新的保溫體系中，加強(qiáng)自身產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。