1前言

加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板可作為建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在建筑保溫隔熱方面發(fā)揮著重要作用。此類墻板的制造材料為B05級(jí)加氣混凝土、無機(jī)巖棉保溫層和鋼筋網(wǎng)片。建筑熱工性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為傳熱系數(shù)，根據(jù)其計(jì)算方法，材料的導(dǎo)熱系數(shù)、厚度、導(dǎo)熱修正系數(shù)、層數(shù)均可影響傳熱系數(shù)。因此，在工程實(shí)踐中，需要通過理論計(jì)算、數(shù)值模擬等方法，確定經(jīng)濟(jì)可行的墻板設(shè)計(jì)方案。

2工程概況

秦莊棚戶區(qū)改造安置房B區(qū)（M25-01地塊）建設(shè)用地面積為 ，總建筑面積約為 ，地上部分和地下部分的建筑面積分別為 ，由11棟高層建筑、1座幼兒園和1個(gè)地下車庫組成。該項(xiàng)自中的幼兒園屬于低層建筑，其外墻采用加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板設(shè)計(jì)方案。

3加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板熱工性能 分析

3.1墻板構(gòu)造方式及制造材料

3.1.1墻板構(gòu)造方式

墻板主體結(jié)構(gòu)分為三層，包括內(nèi)葉加氣混凝土板、無機(jī)巖棉夾芯保溫層、外葉加氣混凝土板。內(nèi)葉加氣混凝土板的厚度大于外葉加氣混凝土板，分別設(shè)置2層鋼筋網(wǎng)片和1層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片由縱向鋼筋和橫向鋼作者簡(jiǎn)介：吳云飛（1988.07-），男，漢，山東人，本科，研究方向：房建。

筋組成。內(nèi)、外葉加氣混凝土墻板通過金屬拉結(jié)件進(jìn)行連接，巖棉保溫層位于兩層混凝土墻板之間，

3.1.2墻板主要制造材料

（1）B05級(jí)加氣混凝土

墻板主體結(jié)構(gòu)由B05級(jí)加氣混凝土預(yù)制而成，根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)提供的信息，原材料包括42.5普通硅酸鹽水泥、石灰、石屑、鋁粉、外加劑、清水。其中，水泥、石灰、石屑的重量配比為110：115：275，水料比設(shè)計(jì)為0.60，外加劑的添加量為 ，鋁粉的添加量為 混凝土的干體積密度為 ，抗壓強(qiáng)度為 3.02MPa 。

（2）巖棉板

項(xiàng)目中的外墻芯材為無機(jī)巖棉板，垂直表面的抗拉強(qiáng)度為 ，壓縮強(qiáng)度為 。作為一種常用的保溫材料，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，在 的條件下，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)低于 。

3.2熱工性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法

3.2.1熱工性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

該項(xiàng)目所在地區(qū)屬于夏熱冬冷建筑分區(qū)，即冬季氣溫低、夏季氣溫高，外墻的保溫隔熱效果直接影響建筑能耗水平。加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板屬于建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，決定其熱工性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為墻板的傳熱系數(shù)，墻板的保溫隔熱效果與傳熱系數(shù)成負(fù)相關(guān)，傳熱系數(shù)越小，熱工性能越好。

3.2.2基于墻板構(gòu)造方式的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法

（1）均質(zhì)多層墻體傳熱系數(shù)計(jì)算方法

加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板由三層平面板材組成，并且加氣混凝土墻板和巖棉板屬于均質(zhì)材料，符合均質(zhì)多層墻體的特點(diǎn)，其傳熱系數(shù)與各層材料的導(dǎo)熱系

數(shù)、厚度、換熱面積等相關(guān)。計(jì)算公式如下：

式中：K為外墻平壁部分的傳熱系數(shù)，W/ ： 代表圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的換熱系數(shù)，W/ ： 。代表圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的換熱系數(shù)， W}/（m2·K）a ： 為第i層材料的厚度， 為第i層材料的導(dǎo)熱系數(shù)， 為墻體構(gòu)造層的層數(shù)。

（2）外墻單元平均傳熱系數(shù)計(jì)算方法

參數(shù)K僅考慮了外墻的平壁部分，在實(shí)際的工況條件下，傳熱系數(shù)會(huì)受到熱橋的影響。在考慮熱橋的情況下，外墻單元平均傳熱系數(shù)的計(jì)算方法為式（2）。

式中： 為外墻單元平均傳熱系數(shù)，W}/（m2·K）a"；為外墻單元上第j個(gè)結(jié)構(gòu)性熱橋的線傳熱系數(shù)，W}/（m2·K）a"；為外墻單元上第 j 個(gè)結(jié)構(gòu)熱橋的的計(jì)算長(zhǎng)度， m；A 為外墻單元墻體面積， 。

由于加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板屬于預(yù)制裝配式構(gòu)件，熱橋結(jié)構(gòu)的數(shù)量相對(duì)較少，因而可采用簡(jiǎn)化的方法（不考慮熱橋的影響）計(jì)算參數(shù) ，方法如下。

式中： 為針對(duì)第i層平壁材料的修正系數(shù)（無量綱）。

3.3墻板熱工性能有限元模擬

3.3.1熱工性能模擬技術(shù)路徑

從傳熱系數(shù)的理論計(jì)算方法可知，影響墻板熱工性能的因素包括材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱的修正系數(shù)、材料厚度以及配筋，具體包括加氣混凝土板的厚度、配筋的直徑、無機(jī)巖棉夾芯層的厚度。鑒于此，按照?qǐng)D1所示的技術(shù)路徑開展熱工性能模擬。

3.3.2基于穩(wěn)態(tài)傳熱的熱工性能分析（1）墻板模型建立

研究過程運(yùn)用有限元分析法模擬加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫外墻板的熱工性能，該墻板的結(jié)構(gòu)為外葉加氣混凝土板、無機(jī)巖棉保溫夾芯層、內(nèi)葉加氣混凝土板，混凝土墻板內(nèi)設(shè)計(jì)有鋼筋網(wǎng)片。利用Spaceclaim三維實(shí)體建模軟件構(gòu)建墻板的三維模型，將外葉加氣混凝土板的厚度設(shè)置為 50mm ，內(nèi)葉加氣混凝土板的厚度設(shè)置為150，160，170mm 三種規(guī)格，無機(jī)巖棉保溫夾芯層的厚度設(shè)計(jì)為 四種規(guī)格。模型的模擬高度為3000mm ，寬度為 600mm ，通過有限元分析確定最佳的墻板設(shè)計(jì)方案。外葉加氣混凝土板厚度較小，設(shè)置單層鋼筋，內(nèi)葉混凝土板厚度較大，設(shè)置雙層配筋。內(nèi)、外葉混凝土板通過金屬拉結(jié)件進(jìn)行連接。

（2）模擬條件設(shè)置

模型建立之后，將其導(dǎo)人Fluent軟件中，按照表1所示設(shè)置模型中各類材料的基本參數(shù)，再開展網(wǎng)格劃分。在穩(wěn)態(tài)傳熱模擬中，僅考慮平壁墻板，將室內(nèi)溫度和室外溫度分別設(shè)定為 。

3.3.3配筋對(duì)墻板熱工性能的影響分析

導(dǎo)熱性能是影響傳熱系數(shù)的重要指標(biāo)，主要取決于導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱的修正系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)是施工材料的特有屬性，加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)降低導(dǎo)熱系數(shù)，以提高保溫隔熱效果。導(dǎo)熱的修正系數(shù)用于反映環(huán)境和施工活動(dòng)對(duì)導(dǎo)熱過程的影響。當(dāng)墻體構(gòu)造方式確定之后，導(dǎo)熱系數(shù)基本不變，但導(dǎo)熱的修正系數(shù)存在一定的變數(shù)，受到墻體構(gòu)造方式的影響，以下研究配筋對(duì)導(dǎo)熱修正系數(shù)的影響。

（1）模型設(shè)置

將外葉加氣混凝土墻板設(shè)置為 50mm ，巖棉保溫層厚度統(tǒng)一設(shè)置為 。內(nèi)葉加氣混凝土墻板設(shè)計(jì)為兩種厚度，分別為 150mm，170mm ，模擬雙層鋼筋網(wǎng)片對(duì)導(dǎo)熱修正系數(shù)的影響。鋼筋網(wǎng)片分為橫縱向鋼筋，直徑分別為 4mm？5mm 及 6mm 。

（2）鋼筋對(duì)導(dǎo)熱修正系數(shù)模擬結(jié)果分析

根據(jù)以上模型對(duì)傳熱量、當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)和修正系數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果如表3所示。從數(shù)據(jù)可知：當(dāng)內(nèi)葉板加氣混凝土的厚度從 150mm 增至 170mm 時(shí)，總傳熱量有所下降；在加氣混凝土墻體內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片之后，模擬的導(dǎo)熱修正系數(shù)略大于規(guī)范要求的修正系數(shù)；隨著配筋直徑的增加，模擬的導(dǎo)熱修正系數(shù)呈增大趨勢(shì)。與規(guī)范要求的修正系數(shù)相比，模擬修正系數(shù)的增幅非常小，說明配筋對(duì)修正系數(shù)的影響非常小。

（3）鋼筋對(duì)墻板傳熱量的影響

從模擬數(shù)據(jù)可知，在配筋直徑增大的情況下，相同厚度墻板的傳熱量小幅增加，但整體影響非常小，說明配筋對(duì)熱工性能的影響不明顯。

4結(jié)論

（1）該墻板的構(gòu)造方式為外葉加氣混凝土板、無機(jī)巖棉保溫層、內(nèi)葉加氣混凝土板，在混凝土板內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。熱工性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)為傳熱系數(shù)，受到材料厚度、材料導(dǎo)熱系數(shù)、材料層數(shù)、導(dǎo)熱修正系數(shù)的影響。

（2）從均質(zhì)平壁墻板熱工性能模擬結(jié)果可知，隨著無機(jī)巖棉保溫層厚度和加氣混凝土墻板厚度的增加，傳熱系數(shù)呈下降趨勢(shì)，熱工性能不斷增強(qiáng)。在此次模擬中，12種墻板設(shè)計(jì)方案的傳熱系數(shù)均低于國家節(jié)能建筑對(duì)外墻傳熱系數(shù)設(shè)置的限值，即 ，說明加氣混凝土夾芯無機(jī)保溫墻板具有良好的熱工性能和節(jié)能效果。在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和節(jié)能效果的前提下，可適當(dāng)控制材料厚度和配筋直徑，降低工程造價(jià)。

（3）配筋可影響傳熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，模擬配筋直徑對(duì)導(dǎo)熱修正系數(shù)和墻板傳熱量的影響，發(fā)現(xiàn)提高配筋直徑，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱修正系數(shù)和墻板傳熱量微弱增加，但整體增幅非常小，不會(huì)顯著影響熱工性能。

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