田野， 夏赟， 李壯賢， 張一恒

（黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院，哈爾濱 150080）

0 引言

國(guó)內(nèi)外對(duì)于真空絕熱板的研究，多關(guān)注于保溫箱和各種冷凍設(shè)備等非建筑領(lǐng)域，對(duì)于建筑用真空絕熱板的研究較少［1］。自DB 23/1270-2019《黑龍江省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》于2020年7月1日實(shí)施，宣告黑龍江省建筑節(jié)能由原來65%+邁上了新的臺(tái)階，對(duì)適用于外墻外保溫的保溫材料提出了更高的要求。當(dāng)前，市場(chǎng)上有2種主要類型的保溫材料：無機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料，無機(jī)保溫材料本身是不燃材料，對(duì)底壁的附著力好，但絕熱性能差、容易開裂［2］；有機(jī)保溫材料常見的有EPS板、XPS板，聚氨酯板等，具有良好的隔熱性能，且應(yīng)用廣泛，但是防火性能較差，在使用過程中存在較大的安全隱患，兩種類型材料各有優(yōu)缺點(diǎn)。隨著碳達(dá)峰，碳中和目標(biāo)的提出，必須尋找更適宜黑龍江省氣候環(huán)境的綠色新型產(chǎn)品，而真空絕熱板作為新型隔熱材料，本身燃燒性能為A級(jí)，而且導(dǎo)熱系數(shù)為0.004～0.008W/（m·K），30～35mm就相當(dāng)于厚度150mm左右的EPS板，超薄的設(shè)計(jì)不僅可以使墻體瘦身，而且不用增加外墻保溫層的厚度，同時(shí)適用于新建建筑以及既有建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造項(xiàng)目，使用安全。但真空絕熱板也存在不透氣、不可切割的特點(diǎn)，需進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)部研究。文中從濕傳遞方面探究在嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻外保溫系統(tǒng)中STP板在不同結(jié)構(gòu)墻體中適用性，通過計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)各個(gè)界面溫度以及水蒸氣分壓變化，綜合分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝情況。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)方案

1.1 基墻設(shè)計(jì)方案

文中采用的是青島科瑞新型環(huán)保材料有限公司生產(chǎn)的真空絕熱板（簡(jiǎn)稱STP板）漿料復(fù)合型外墻外保溫系統(tǒng)，根據(jù)夏赟［3］試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中的墻體結(jié)構(gòu)以及計(jì)算得出的STP板設(shè)計(jì)厚度，在這里只研究常用的兩種基墻材料，分別為鋼筋混凝土和輕集料小型空心砌塊。墻體構(gòu)造形式為“5mm抗裂砂漿+抹面保溫砂漿+STP板+墻體材料+20mm水泥砂漿”的構(gòu)造形式，具體的墻體構(gòu)造如圖1所示。

圖1 STP板保溫墻體構(gòu)造

1.2 板縫處的處理方式

在實(shí)際建筑施工中，在板縫處最常見的三種處理方式如下：

一是板縫處未壓入保溫砂漿，板縫間為密閉空氣腔；二是在實(shí)際工程板縫相對(duì)較窄，無法放置填塞材料，直接在板縫內(nèi)壓滿保溫砂漿（這里僅考慮板縫完全被抹面保溫砂漿填滿的情況）；三是板縫處采用填塞PE棒，PE密封棒材料主要是聚乙烯。

1.3 墻體傳濕參數(shù)計(jì)算

根據(jù)GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］和DB23/T 2473-2019《黑龍江省建筑外墻用真空絕熱板（STP）應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》［5］，所選材料的熱物性參數(shù)見表1。其中，PE棒、抹面保溫砂漿的熱物性參數(shù)為實(shí)際測(cè)試結(jié)果，輕集料小型空心砌塊的蒸汽滲透系數(shù)，取爐渣混凝土的蒸汽滲透系數(shù)數(shù)值，在計(jì)算輕集料小型空心砌塊的蒸汽透濕阻時(shí)，按非承重墻體中最不利情況即蒸汽透濕阻最?。ɡ吆窈妥钚⊥獗诤穹謩e為20mm）時(shí)進(jìn)行計(jì)算。由于STP板蒸汽滲透系數(shù)幾乎為0，其STP板的蒸汽滲透系數(shù)采用韓雪琪［6］中所計(jì)算的取值為0.1×10-5g/（m·h·Pa）。

表1 外墻材料熱物性參數(shù)

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體內(nèi)部冷凝計(jì)算

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷凝驗(yàn)算依據(jù)

文中對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷凝驗(yàn)算按照GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中的方法進(jìn)行，具體過程如下：

（1） 求各個(gè)界面實(shí)際的水蒸氣分壓，計(jì)算公式如下：

（2） 單一勻質(zhì)材料層蒸汽滲透阻按下式計(jì)算：

式中，H為材料層的蒸汽滲透阻，（m2·h·Pa）/g；σ為材料層的厚度，m；μ為材料的蒸汽滲透系數(shù)，g/（m2·h·Pa）。

（3） 多層勻質(zhì)材料層組成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透阻按下式計(jì)算：

式中，H1、H2、……Hn為各層材料的蒸汽滲透阻，（m2·h·Pa）/g。

（4） 墻體各個(gè)界面的溫度計(jì)算公式如下：

（5） 水蒸氣分壓力對(duì)比，以界面層為橫坐標(biāo)，繪制各界面飽和水蒸氣壓力和相應(yīng)的實(shí)際水蒸氣分壓力P折線圖，觀察兩條線是否相交，若相交則墻體內(nèi)部有可能出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。

2.2 鋼筋混凝土墻體的各層材料的水蒸氣分壓

由于冷凝現(xiàn)象一般發(fā)生在冬天，室內(nèi)外溫差大，尤其是在嚴(yán)寒地區(qū)，冬季室外溫度較低，故在這里只驗(yàn)算嚴(yán)寒地區(qū)，以“哈爾濱”地區(qū)為例。根據(jù)GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，選取冬季室內(nèi)采暖溫度18℃，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的飽和水蒸氣分壓值為2062.5Pa，相對(duì)濕度選取60%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的飽和水蒸氣分壓值為1237.5Pa；Pe選取黑龍江哈爾濱市計(jì)算采暖期室外平均溫度為-8.5℃，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的飽和水蒸氣分壓值為296.0Pa，則平均相對(duì)濕度為62%時(shí)，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的飽和水蒸氣分壓值為183.52Pa。

經(jīng)計(jì)算各界面的水蒸氣分壓及蒸汽滲透阻如下表2和表3所示，由1.2可知，板縫處可分為三種情況，①板縫處無任何填充材料，此處H3為封閉空氣層的蒸汽滲透阻，按GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.15中規(guī)定，封閉空氣腔取值為零；②板縫處填充抹面保溫砂漿，則此時(shí)H3和H4為同一界面，即為抹面保溫砂漿的蒸汽滲透阻；③板縫處填充的PE棒，則此處H3為PE棒的蒸汽滲透阻。

表2 各層界面的蒸汽滲透阻 （m2·h·Pa）/g

表3 各界面水蒸氣分壓 Pa

2.3 鋼筋混凝土墻體各層飽和水蒸氣壓計(jì)算

在計(jì)算鋼筋混凝土墻體各層飽和水蒸氣壓時(shí)，由各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)即可求得各層界面的熱阻見表4，其中板縫處情況①為封閉空氣腔熱阻，按GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B表B.3封閉空氣間層熱阻選取。根據(jù)室內(nèi)外空氣溫度ti和te，從而確定各層界面溫度，見表5；由表5得出的結(jié)果，通過查GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中B.8，可以得到各層界面溫度所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的飽和水蒸氣分壓，如表6所示。

表4 各層界面的熱阻 （m2·K）/W

表5 各層界面溫度 ℃

表6 各層飽和水蒸氣壓Pa

2.4 計(jì)算結(jié)果分析與整理

根據(jù)文中計(jì)算的結(jié)果，可以繪制圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際水蒸氣分壓P線和飽和蒸氣分壓Ps線分布圖，如圖2所示，從而判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的冷凝情況。

圖2 27mmSTP板圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝情況

圖2中橫坐標(biāo)為各層界面，方向?yàn)闊崃鱾鬟f方向（由室內(nèi)到室外），在基墻為鋼筋混凝土，STP板為設(shè)計(jì)厚度27mm時(shí)，墻體沿厚度的同一位置上，飽和蒸氣分壓Ps高于實(shí)際水蒸氣分壓P，兩條線未相交，這時(shí)保溫構(gòu)造在此環(huán)境下不會(huì)冷凝。根據(jù)上述計(jì)算方法，在墻體材料為輕集料小型空心砌塊，STP板為設(shè)計(jì)厚度22mm時(shí)，繪制水蒸氣分壓力分布如圖3所示。

圖3 22mmSTP板圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝情況（室內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度60%）

很顯然，當(dāng)墻體材料為輕集料小型空心砌塊時(shí)，在STP板處不會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象，但在板縫處會(huì)出現(xiàn)實(shí)際的水蒸氣分壓力大于飽和水蒸氣分壓的情況，分析該種墻體結(jié)構(gòu)在板縫處三種處理方式，分別在界面4和界面3處Ps線和P線出現(xiàn)相交的情形，說明在板縫處容易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。

若室內(nèi)環(huán)境條件相對(duì)干燥，這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否還會(huì)出現(xiàn)冷凝的現(xiàn)象？通過計(jì)算并繪制水蒸氣分布圖，如圖4所示，在室內(nèi)相對(duì)濕度為45%時(shí)，Ps線與P線未相交，但情況①和情況③在界面4處實(shí)際水蒸氣分壓值與飽和水蒸氣分壓值差值較小，有冷凝傾向。

圖4 22mmSTP板圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝情況（室內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度45%）

3 結(jié)語

文中通過對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻外保溫系統(tǒng)中STP板在不同結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行內(nèi)部冷凝驗(yàn)算分析，得出結(jié)論如下：

（1） 當(dāng)基墻材料為鋼筋混凝土，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)冬季室內(nèi)相對(duì)濕度為60%時(shí)，墻體各個(gè)界面的飽和蒸氣分壓高于實(shí)際水蒸氣分壓，這種保溫構(gòu)造在此環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部冷凝現(xiàn)象。

（2） 當(dāng)基墻材料為輕集料小型空心砌塊，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)冬季室內(nèi)相對(duì)濕度為60%時(shí)，STP板處沿墻體厚度方向上各界面不會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象，但在板縫處無論采用哪種處理方式，都會(huì)出現(xiàn)實(shí)際水蒸氣分壓高于飽和蒸氣分壓的情況，墻體內(nèi)界面會(huì)出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，影響墻體的耐久性。當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度小于45%時(shí)，墻體內(nèi)不會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象。

（3） 若采用輕集料小型空心砌塊為基墻材料時(shí)，在濕度大的房間，建議在外墻內(nèi)表面采用隔汽措施，以防出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。